FUNGSI PELAT KOPEL BAJA PADA BATANG TEKAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil OLEH : ALBOIN FERDINAND ARIADY TAMBUN 06 0404 044 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan berkat dan perlindungan kepada penulis, hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul Tugas Akhir yang penulis selesaikan adalah Fungsi Pelat Kopel Baja Pada Batang Tekan. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam Ujian Sarjana Teknik Sipil Bidang Studi Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik (USU). Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini yang masih banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima saran dan kritik bapak dan ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis juga menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak lepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada pihak yang terlibat tersebut, terutama kepada kedua orang tua yang selalu penulis kasihi dan banggakan yang telah memberikan segalanya kepada penulis hingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan ini dan dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada : 1. Bapak Prof. DR. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil.
3. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 5. Kedua orang tua penulis tersayang (Ir. H. Tambun dan L. Br. Sitorus) yang tak pernah lelah berdoa, memberikan segala yang terbaik dan kasih sayang yang tak berkesudahan, serta seluruh saudara-saudara saya yang tetap menyemangati saya. 6. Budiman Parlindungan Sihombing, selaku abang stambuk saya yang telah meluangkan waktunya untuk mengajari dan memberi nasehat kepada saya. 7. Untung F. Sibarani, Malvin V. Tarigan, Gom Gom E. Manalu, Vega Simamora, Dina Pangaribuan, Olim Purba, Sihol Silalahi, Samuel Hutasoit, Rikki Malau, dan teman-teman stambuk 2006 lainnya. 8. Grace Notarica Simamora, Elgina Manalu, Hermantho Tamba, Edwin Simbolon, Abraham Marpaung, Maria Samosir, Yoppie Sitompul, Jonathan Sinambela, Ryan, Boma, Partogi, Sandy C. Sinaga, Sandy P. Sinaga, dan adik-adik stambuk 2009 lainnya yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Medan, ALBOIN FERDINAND ARIADY TAMBUN Nim : 06 0404 044
ABSTRAK Fungsi Pelat Kopel Baja Pada Batang Tekan Alboin Ferdinand Ariady Tambun 06 0404 044 DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011 Baja memiliki keunggulan seperti kekuatan tinggi ratio berat yang mengarah ke penampang efisien yang sering mendorongpara desainer untuk menciptakan suatu struktur tersusun. Struktur tersusun kolom baja dapat dibentuk oleh berbagai profil. Apabila kolom diberi beban kompresi akan terjadi tekuk yang berhubungan dengan kekakuan elemen struktur. Sebuah elemen yang memiliki kekakuan rendah lebih mudah tertekuk dari elemen dengan kekuatan tinggi. Dalam hal ini yang ditinjau adalah elemen batang tekan. Tujuan dari skripsi ini adalah untuk mengetahui fungsi daripada pelat kopel baja pada batang tekan. Perhitungan menggunakan profil 20x40x3 mm. Panjang daripada profil yang digunakan adalah 30 cm. Dimana digunakan 2 pelat kopel baja dengan jarak antar pelat kopel baja adalah 10 cm. Pengujian juga dilakukan di laboratorium untuk membandingkan hasil dari laboratorium dengan hasil analisis yang sesuai dengan SNI 03-1729-2002. Hasil analisa didapat bahwa daya dukung nominal untuk batang tunggal 3124,905 kg, batang tersusun tanpa pelat kopel baja 7749,645 kg, batang tersusun dengan pelat kopel baja 8256 kg. Daya dukung ultimit batang tunggal 2656,170 kg, batang tersusun tanpa pelat kopel baja 6625,449 kg, dan batang tersusun dengan pelat kopel baja 7017,600 kg. Sedangkan hasil dari laboratorium didapat kekuatan batang tunggal 2500 kg, batang tersusun tanpa pelat kopel baja 6500 kg, dan batang tersusun dengan pelat kopel baja 7000 kg. Dari hasil perhitungan dan test laboratorium menunjukkan bahwa dengan penggunaan pelat kopel baja akan menambah kekakuan dari suatau batang tersusun. Kata kunci: kolom, batang tekan, stabilitas, pelat kopel baja.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR NOTASI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i iii iv viii x xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Permasalahan... 2 1.3 Tujuan... 3 1.4 Pembatasan Masalah... 3 1.5 Metodologi Pembahasan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Umum dan Latar Belakang... 5 2.2 Material Baja... 6 2.2.1 Jenis Baja... 6 2.2.2 Profil Baja... 7 2.2.3 Sifat Bahan Baja... 8 2.3 Batang Tekan... 10 2.3.1 Kolom... 11
2.3.2 Kolom Pendek... 12 2.3.2.1 Beban Aksial... 13 2.3.2.2 Beban Eksentris... 13 2.3.3 Kolom Panjang... 13 2.3.4 Stabilitas Dari Struktur Kolom... 14 2.3.5 Jenis-Jenis Kegagalan Batang Tekan... 16 2.3.6 Bentuk-Bentuk Penampang Melintang Batang Tekan.. 17 2.4 Desain Kolom... 18 2.5 Tegangan Sisa (Tegangan Residu)... 18 2.6 Kurva Kekuatan Kolom Akibat Tegangan Sisa... 19 2.7 Teori Euler... 23 2.8 Batas Berlakunya Persamaan Euler... 31 2.9 Panjang Efektif... 32 2.10 Sumbu Utama... 35 2.11 Batas-Batas Lendutan... 36 2.12 Komponen Struktur Tekan Tersusun... 37 2.13 Daya Dukung Nominal Komponen Struktur Tekan... 39 2.14 Pelat Kopel Baja... 40 2.15 Gaya Geser (D)... 42 2.16 Sambungan... 45 2.16.1 Sambungan Baut... 47 2.16.2 Sambungan Las... 47 2.16.2.1Tebal Las... 48 2.16.2.2Panjang Las... 48
BAB III METODE PENELITIAN... 50 3.1 Umum... 50 3.2 Alat Uji... 52 3.3 Benda Uji... 52 3.4 Pemotongan Benda Uji... 52 3.5 Pengelasan Benda Uji... 53 3.6 Pembuatan Perletakan... 53 3.7 Pendimensian Pelat Kopel Baja... 54 3.8 Pengujian Benda Uji... 57 3.8.1 Profil Tunggal... 57 3.8.2 Profil Tersusun Tanpa Pelat Kopel Baja... 58 3.8.3 Profil Tersusun Dengan Pelat Kopel Baja... 59 3.9 Analisis Beban Kritis Pada Profil Ganda... 59 3.9.1 Umum... 59 3.9.2 Sumbu Utama, Sumbu Bahan, dan Sumbu Bebas Bahan... 60 3.10 Analisa Profil Ganda... 61 BAB IV PERHITUNGAN... 63 4.1 Profil Tunggal... 63 4.2 Profil Tersusun Tanpa Pelat Kopel Baja... 66 4.3 Profil Tersusun Dengan Pelat Kopel Baja... 69
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 73 5.1 Kesimpulan... 73 5.2 Saran... 75 DAFTAR PUSTAKA... 76
DAFTAR NOTASI ff P A, A g ff yy E I I x I y L L k P r r y r cr min tegangan beban terpusat luasan Penampang bruto Profil tegangan hancur material modulus elastisitas baja inersia bahan inersia terhadap sumbu x-x inersia terhadap sumbu y-y panjang profil panjang tekuk beban kritis jari-jari girasi jari-jari girasi dari komponen struktur tersusun terhadap sumbu y-y jari-jari girasi elemen komponen struktur terhadap sumbu yang memberikan nilai yang terkecil (sumbu l-l) F cr λλ λλ x λλ λλ L y iy kx tegangan tekan rata-rata kelangsingan batang kelangsingan arah sumbu x kelangsingan arah sumbu y kelangsingan ideal panjang tekuk komponen struktur tersusun pada arah tegak lurus sumbu x-x
L ky panjang tekuk komponen struktur tersusun pada arah tegak lurus sumbu y-y L l r r x y i m I p t h a I l N u spasi antar pelat kopel pada arah komponen struktur tekan jari-jari girasi dari komponen struktur tersusun terhadap sumbu x-x jari-jari girasi dari komponen struktur tersusun terhadap sumbu y-y jari-jari kelembaman jumlah batang tunggal yang membentuk batang tersusun momen inersia pelat kopel tebal pelat tinggi pelat jarak antara dua pusat titik berat elemen komponen struktur momen inersia elemen komponen struktur terhadap sumbu l-l kuat tekan perlu yang merupakan gaya aksial tekan akibat beban terfaktor Φ n N ω n faktor reduksi kekuatan kuat tekan nominal komponen struktur koefisien tekuk
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Profil Baja... 7 Gambar 2.2 Stabilitas... 14 Gambar 2.3 Tekuk... 15 Gambar 2.4 Bentuk-bentuk Penampang Melintang Batang Tekan... 18 Gambar 2.5 Pengaruh Tegangan Sisa... 20 Gambar 2.6 Tegangan pada Serat Sejarak x dari Sumbu Regangan Nol Akibat Lentur... 20 Gambar 2.7 Komponen Struktur Tekan Tanpa Tegangan Sisa... 22 Gambar 2.8 Perilaku Kolom Yang dibebani... 23 Gambar 2.9 Kolom Euler... 24 Gambar 2.10 Kolom Yang Dibebani Gaya Tekan Eksentris... 28 Gambar 2.11 Panjang Tekuk Untuk Beberapa Kondisi Perletakan... 34 Gambar 2.12 Sumbu Utama... 35 Gambar 2.13 Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan... 36 Gambar 2.14 Kelengkungan Batang Akibat Gaya Tekan... 43 Gambar 2.15 Grafik Gaya Lintang... 43 Gambar 2.16 Tebal Las... 47 Gambar 3.1 Gambar Profil L 20x40x3 mm... 50 Gambar 3.2 Gambar Diagram Alir Pengujian Tekan Baja... 51 Gambar 3.3 Alat Uji Tekan... 52 Gambar 3.4 Gambar Alat Potong Besi Profil... 52 Gambar 3.5 Gambar Perletakan Sendi-Sendi Pada Batang Tunggal... 53
Gambar 3.6 Gambat Perletakan Sendi-Sendi Pada Batang Tersusun... 53 Gambar 3.7 Pemodelan Alat Uji Tekan... 54 Gambar 3.8 Dimensi Pelat Kopel Baja... 56 Gambar 3.9 Pengujian Profil Tunggal... 58 Gambar 3.10 Pengujian Profil Tersusun Tanpa Pelat Kopel Baja... 58 Gambar 3.11 Pengujian Profil Tersusun Dengan Pelat Kopel Baja... 59 Gambar 3.12 Gambar Profil Tersusun... 60 Gambar 4.1 Penampang Profil Tunggal... 63 Gambar 4.2 Penampang Profil Tersusun Tanpa Pelat Kopel Baja... 66 Gambar 4.3 Penampang Profil Tersusun Dengan Pelat Kopel Baja... 69
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kuat Tarik Batas dan Tegangan Leleh... 7 Tabel 2.2 Batas Lendutan Maksimum... 36 Tabel 2.3 Ukuran Minimum Las Sudut... 47