Konferensi Nasional Teknik Sipil Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 207 UJI EKSPERIMENTAL PROFIL BAJA HOLLOW YANG DIISI MORTAR FAS 0,4 Mochammad Afifuddin, Huzaim dan Baby Yoanna Catteleya 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Jl. Syech Abdul Rauf No:7, Banda Aceh 2 Email: m.afifuddin@unsyiah.ac.id, huzaim@unsyiah.ac.id 2 Mandiri Taspen Pos, Jl. Melati No: 65, Denpasar, Bali 802 Email: babyyoanna7@gmail.com ABSTRAK Profil Baja hollow merupakan salah satu jenis profil baja yang sudah banyak digunakan. Kelemahan dari profil baja jenis ini adalah mudah mengalami tekuk. Untuk mengatasi terjadinya tekuk, maka dimungkinkan untuk menggunakan mortar sebagai pengisi pada rongga profil baja hollow ini. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui peningkatan nilai kapasitas dan daktilitas yang dihasilkan dari uji eksperimental rangka bidang baja hollow yang diisi mortar dengan variasi ketebalan profil. Benda uji berupa struktur rangka dengan tinggi 0,5 meter, dengan lebar sisi bawah dan atasnya masing-masing 2 meter dan meter. Benda uji tersebut terdiri dari elemen yang terbentuk dari profil baja hollow. Jumlah benda uji 4 buah, dimana ukuran profil baja hollownya 80/40 dengan ketebalan, (RBT,);, (RBT,); dan,5 (RBT,5) yang diisi mortar dengan fas 0,4, dan buah benda uji control dengan ukuran profil baja hollow 80/40 dengan tebal, tanpa diisi mortar (RBK). Struktur rangka dibebani dengan beban statis pada tengah-tengah rangka bagian atas, delapan buah LVDT dan empat buah dial gauge yang terhubung dengan data logger dipasang di beberapa titik. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh beban maksimum dari benda uji RBK adalah sebesar,9 ton dengan lendutan maksimum sebesar 6,8 mm. Beban maksimum untuk benda uji RBT,; RBT,; dan RBT,5 masing-masing sebesar 6,9 ton dengan lendutan 9,99 mm; 6,9 ton dengan lendutan 9,60 mm; dan 8,62 ton dengan lendutan 8,4 mm. Perbandingan beban maksimum RBK dengan RBT, menunjukkan terjadinya peningkatan kapasitas sebesar 259 %. Semakin tebal profil baja hollow, maka semakin besar beban yang dapat dipukul oleh struktur rangka. Nilai daktilitas dari benda uji RBT,; RBT,; dan RBT,5 masing-masing adalah sebesar,52;,64; dan,24. Kata kunci: profil baja hollow, kapasitas, daktilitas, mortar, rangka bidang.. PENDAHULUAN Baja hollow sudah banyak digunakan pada konstruksi non-struktural dan juga mulai diaplikasikan pada konstruksi struktural seperti pada rangka atap, kolom dan balok. Keuntungan dari baja hollow adalah kemudahan dalam proses pengerjaan, hasil yang lebih rapi, lebih kuat, tahan api, tahan karat, anti rayap, dan bebas perawatan sehingga lebih ekonomis dibandingkan material kayu. Baja hollow memiliki kelemahan yaitu struktur yang tidak solid karena bentuk profilnya yang memiliki lubang pada bagian tengah sehingga struktur menjadi langsing dan mudah mengalami tekuk (Brahmantyo, 202). Berdasarkan uraian di atas, muncul ide untuk mengisi lubang baja hollow dengan menggunakan mortar. Mortar memiliki kekuatan tekan yang relatif lebih tinggi dibandingkan kuat tariknya. Sehingga dengan mengkombinasikan baja hollow dan mortar diharapkan dapat menghasilkan struktur yang lebih lebih kaku dan dapat bekerja lebih optimal dalam menahan beban luar. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui peningkatan nilai kapasitas dan daktilitas dari rangka bidang baja hollow yang diisi mortar dengan variasi ketebalan profil baja hollow. Benda uji baja hollow ukuran 80/40 mm dengan ketebalan, mm,, mm, dan,5 mm yang diisi mortar tersebut secara berturut-turut dinamai RBT, (Rangka Bidang Tebal,), RBT, dan RBT,5. Rangka bidang ukuran 80 x 40 x, tanpa isi mortar dinamai RBK (Rangka Bidang Kosong). Dari hasil pengujian diperoleh beban maksimum dari benda uji RBK adalah sebesar,9 ton dengan lendutan maksimum sebesar 6,8 mm. Beban maksimum untuk benda uji RBT,; RBT,; dan RBT,5 masing-masing sebesar 6,9 ton dengan lendutan 9,99 mm; 6,9 ton dengan lendutan 9,60 mm; dan 8,62 ton dengan lendutan 8,4 MTR-79
mm. Perbandingan beban maksimum RBK dengan RBT, menunjukkan terjadinya peningkatan kapasitas sebesar 259 %. Semakin tebal profil baja hollow, maka semakin besar beban yang dapat dipukul oleh struktur rangka. Nilai daktilitas dari benda uji RBT,; RBT,; dan RBT,5 masing-masing adalah sebesar,52;,64; dan,24. 2. METODOLOGY PENELITIAN Perencanaan struktur rangka bidang Sebelum dilaksanakan penelitian, terlebih dahulu dilakukan perencanaan terhadap sistem struktur. Rangka bidang yang direncanakan memiliki elemen dan 8 joint dengan tumpuan sendi dan rol. Struktur rangka bidang dianalisis dengan menggunakan metode matriks dengan rencana kehancuran berada pada batang tekan. Berdasarkan hasil analisis menggunakan metode matriks menunjukkan bahwa elemen A, A 2, V 2, D, dan D 4 merupakan batang tekan dan elemen lainnya adalah batang tarik. Dari hasil perhitungan didapat gaya batang terbesar berada pada elemen A, A 2, dan V 2. Konfigurasi struktur rangka bidang yang direncanakan seperti ditunjukkan pada Gambar berikut : 2 4 6 5 A 2 A2 50.00 D V V2 V D2 D D4 7 5 4 5 6 B 8 B2 0 B 2 B4 8 6 4 7 9 50.00 50.00 50.00 50.00 Gambar. Disain rangka bidang (plane trusses) yang direncanakan Tabel 2 menunjukkan jumlah benda uji rangka bidang yang diuji. Jumlah benda uji rangka bidang keseluruhan 4 buah, dengan variabel penelitian tebal baja hollow. Tabel 2. Jumlah benda uji rangka bidang Benda Uji Rangka Bidang Tanpa Bahan Pengisi Dengan Bahan Pengisi Ukuran Benda Uji (mm) 40/80 Variabel ketebalan (mm), FAS Jumlah Benda Uji Rangka Bidang Jumlah Benda Uji Silinder, 0,4,,5 Jumlah Total 4 9 Material yang digunakan pada penelitian ini adalah baja hollow ukuran 40/80 mm dengan tebal, mm,, mm, dan,5 mm; semen portland tipe I, pasir; air; sika viscocrete 0. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini tersedia dalam kondisi yang baik di Laboratorium Konstruksi dan Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala. Pembuatan benda uji rangka bidang profil baja hollow Profil baja hollow dipotong sebanyak kebutuhan untuk pembuatan 4 buah benda uji rangka bidang dengan variasi ketebalan profil. Kemudian dipasang bekisting agar bisa diisi dengan mortar. Proses pengisian mortar dilakukan dengan menuangkan mortar ke dalam batang baja hollow yang sudah dipotong, kemudian dilakukan pemadatan dengan cara diketuk secara perlahan hingga baja hollow terisi penuh oleh mortar. Setelah mortar di dalam profil baja MTR-80
LVDT LVDT 2 hollow mengeras, selanjutnya dilakukan perangkaian benda uji rangka bidang. Pembuatan benda uji rangka bidang dilakukan dengan merakit baja hollow yang sebelumnya sudah dipotong dan diisi mortar sesuai dengan desain yang telah direncanakan. Sambungan dilakukan dengan menggunakan las. Setelah dilas selanjutnya benda uji rangka tersebut dicat. Tahapan pengujian Pengujian kuat tarik benda uji baja hollow Pengujian kuat tarik baja mengikuti ketentuan yang ada pada ASTM A70-0a (Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products). Baja hollow dengan tebal, mm dibentuk seperti pada Gambar 2 dengan daerah yang mengalami tarik yaitu 0 cm. Pembacaan regangan dilakukan setiap kenaikan 0 kg. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan nilai kuat tarik dari baja hollow dan hasil pengujiannya diplot dalam suatu kurva hubungan tegangan-regangan baja sehingga didapat besarnya tegangan dan regangan luluh. 50 mm Profil Baja Hollow Profil Baja Hollow 00 mm 0 mm 200 mm Tranducer Tranducer 50 mm 0 mm, mm Profil Baja Hollow Tampak depan Tampak samping Gambar 2. Pengujian kuat tarik benda uji baja hollow Pengujian rangka bidang (plane trusses) profil baja hollow yang diisi mortar Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan benda uji rangka bidang pada Load Frame dan diberikan beban secara vertikal pada joint 2 dengan menggunakan Load Cell 50 ton. Pengujian dilakukan setelah benda uji rangka bidang berumur 28 hari. Set-up pengujian rangka bidang diperlihatkan pada Gambar. Proses pengujian pembebanan rangka bidang ini menggunakan LVDT sebanyak 8 buah dan dial gauge sebanyak 6 buah yang diletakkan pada joint tertentu. Pembacaan lendutan pada batang dilakukan dengan menggunakan alat LVDT, LVDT2, LVDT, LVDT4, LVDT5 dan LVDT6 yang terhubung dengan data logger. Pembacaan perpindahan (deformation) horizontal dilakukan dengan menggunakan LVDT7 dan LVDT8. Untuk mengetahui kondisi suatu batang sebagai batang tarik atau batang tekan maka dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat dial gauge DG, DG2, DG, DG4, DG5 dan DG6. Pembacaan lendutan dilakukan setiap kenaikan beban 00 kg hingga mencapai beban maksimum. Pengujian dilakukan untuk mengetahui pengaruh ketebalan profil baja hollow pada rangka bidang yang diisi mortar terhadap kapasitas dan daktilitas yang mampu dipikul dari ketiga benda uji tersebut. Selain itu juga untuk mengetahui pengaruh penggunaan mortar sebagai bahan pengisi pada rangka bidang dan mengetahui apakah sistem struktur tersebut berperilaku sebagai rangka bidang (plane trusses) atau portal bidang (plane frame). MTR-8
Beban (tf) LVDT = Tranducer Load Cell LVDT LVDT2 LVDT DG 2 DG2DG5 DG6 LVDT8 Data Logger 7 DG DG4 LVDT4 LVDT5 LVDT6 4 5 6 8 LVDT7. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis kapasitas rangka bidang Gambar. Set-up benda uji rangka bidang Berdasarkan hasil pengujian, lendutan maksimum RBK, RBT, dan RBT,5 terjadi pada joint 2 yaitu sesuai dengan yang direncanakan pada matriks. Sedangkan lendutan maksimum benda uji RBT, terjadi pada joint 5, hal ini disebabkan karena kegagalan yang terjadi pada joint yaitu terlepasnya sambungan las. Namun lendutan yang terjadi pada joint 2 dipengaruhi oleh faktor tekuk yang disebabkan oleh pemberian beban pada titik tersebut. Lendutan yang terjadi pada joint 5 lebih stabil dibandingkan pada joint 2, sehingga digunakan nilai lendutan pada joint 5 sebagai acuan yang merupakan nilai lendutan terbesar setelah joint 2. Pengaruh penggunaan mortar sebagai bahan pengisi pada rangka bidang terhadap kekuatan struktur Benda uji RBK dan RBT, memiliki ketebalan baja hollow yang sama yaitu, mm. Berdasarkan grafik pada Gambar 4, dengan mengisi mortar ke dalam rangka bidang baja hollow, struktur menjadi solid sehingga mampu menahan kuat tekan yang lebih besar dibandingkan benda uji RBK dan menghindari terjadinya tekuk. Pengisian mortar pada rangka bidang dapat menambah kekuatan struktur rangka bidang dan dapat menghindari tejadinya kelemahan pada satu titik. Perbandingan beban maksimum RBK dengan RBT, menunjukkan terjadinya peningkatan kapasitas dimana beban maksimum untuk benda uji RBK sebesar,9 Ton, dan beban maksimum RBT. sebesar 6,9 Ton, berarti terjadi peningkatan kapasitas sebesar 259 %. 8,00 7,00 9,60, 6,9 6,00 5,00 4,00,00 P 2,00 6,8,,9,00 5 Beban dan lendutan ditinjau pada LVDT5 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 0,00 2,00 Lendutan (mm) Hollow Kosong Tebal, Gambar 4. Perbandingan beban-lendutan maksimum RBK dan RBT, MTR-82
Beban (tf) Pengaruh variabel ketebalan profil baja hollow terhadap kekuatan struktur rangka bidang yang diisi mortar Hubungan beban lendutan pada semua benda uji dapat dilihat pada Gambar 5. Terlihat pada gambar bahwa perbedaan ketebalan baja hollow. mm dan. mm tidak terlihat perbedaan yang signifikan. Terlihat bahwa trend hubungan beban lendutannya memiliki trend yang sama baik itu ditinjau dari segi kekuatan, maupun dari ditinjau dari kekakuan. Beban maksimum yang dicapai pada baja hollow dengan ketebalan, mm dan, mm sama, yaitu sebesar 6,9 Ton. Lendutan maksimum yang dicapai juga hamper sama yaitu 9,99 mm untuk tebal, mm, dan 9,60 mm untuk tebal, mm. Dari pengamatan saat pengujian didapatkan bahwa karena terjadi perbedaan mutu atau ketidak seragaman mutu pada saat pengelasan, benda uji RBT, mengalami kehancuran dengan terlepasnya sambungan las pada saat beban maksimum mencapai 6,9 Ton. Sementara itu untuk benda uji RBT,5 terlihat perbedaan yang sangat signifikan. Pada kondisi elastis, ketiga benda uji memiliki kekakuan yang sama, setelah kondisi elastis kekakuan dari masing-masing benda uji berubah secara signifikan, dimana untuk benda uji RBT, dan RBT, hampir sama, sementara untuk RBT,5 sangat berbeda. Dibandingkan dengan RBT,, benda uji RBT,5 beban maksimum yang dipikul mengalami kenaikan sebesar 24,9%. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan kekuatan rangka bidang dalam menahan beban vertikal dipengaruhi oleh ketebalan profil baja hollow. Dari Gambar 5 juga dapat dilihat perbandingan kekuatan dengan melihat kondisi pada saat beban yang sama sebesar 5 Ton. lendutan maksimum yang terjadi pada pada joint 5 untuk RBT,, RBT, dan RBT,5 berturut-turut sebesar 5,5 mm; 4,95 mm; dan,75 mm. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kuat rangka bidang maka semakin kaku. 0,00 9,00 8,00 7,00 8,4, 8,62 9,99, 6,9 9,60, 6,9 6,00 5,00 4,00 P,00 2,00 5,00 Beban dan Lendutan ditinjau pada LVDT5 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 0,00 2,00 4,00,75 4,95 5,5 Lendutan (mm) Tebal, Tebal, Tebal,5 Daktilitas (ductility) Gambar 5. Perbandingan beban-lendutan maksimum RBT,; RBT,; dan RBT,5 Berdasarkan Tabel, RBT, dan RBT, termasuk daktilitas buruk (poor ductility). RBT,5 termasuk tidak daktail (brittle) karena pada grafik setelah beban maksimum, bebannya langsung turun secara drastis. Hal ini terjadi karena adanya kesalahan (error) dalam pembacaan alat ketika mencapai beban maksimum. Tabel. Nilai daktilitas benda uji rangka bidang Nama Benda Uji Δy Δu (mm) (mm) RBT, 7,70,70,52 RBT, 7,60 2,50,64 RBT,5 6,80 8,4,24 MTR-8
Perpindahan horizontal pada rangka bidang Berdasarkan posisi LVDT 7 dan LVDT 8 yang dipasang untuk mengetahui besarnya perpindahan horizontal yang terjadi pada rangka bidang. Pembacaan dengan alat tranducer ditetapkan bahwa untuk tanda plus berarti batang berpindah ke arah kiri, untuk tanda minus berarti batang berpindah ke arah kanan. Berdasarkan Tabel 4, perpindahan horizontal yang terjadi pada LVDT7 menunjukkan batang berpindah ke arah kanan dan LVDT8 menunjukkan batang berpindah ke arah kiri. Tabel 4. Perpindahan horizontal saat beban maksimum Nama benda uji Beban Maks Perpindahan horizontal hasil pengujian lab (mm) (ton) LVDT7 LVDT8 RBT, 6,9-0,69,08 RBT, 6,9-0,6 0,60 RBT,5 8,62-0,4 0,00 Perilaku pada joint Dial gauge yang dipasang untuk memastikan perilaku benda uji apakah berperilaku sebagai rangka bidang atau portal bidang. Berdasarkan grafik pembacaan dial gauge, untuk RBT, diambil batang A sebagai acuan untuk keseluruhan rangka bidang. DG dan DG2 berturut-turut mengalami tekan dan tarik, yang dapat dilihat dari nilai positif dan negatif. Hal ini menunjukkan bahwa pada batang tersebut ada momen. RBT, diambil batang B2 sebagai acuan yaitu dengan DG dan DG4 berturut-turut mengalami tekan dan tarik. RBT,5 diambil batang B2 sebagai acuan yaitu dengan DG dan DG4 berturut-turut mengalami tarik dan tekan. Dari ketiga benda uji didapat bahwa benda uji berperilaku sebagai portal bidang. Hal ini ditunjukkan dari adanya momen yang bekerja pada batang-batang tersebut. Kehancuran benda uji Benda uji RBK mengalami kegagalan tekuk pada joint 2 yang disebabkan kelemahan pada satu titik akibat pemberian beban pada struktur rangka bidang (local failure). Sehingga struktur lebih dulu mengalami kehancuran sebelum mencapai kapasitas maksimum. Beban maksimum yang dicapai benda uji RBK adalah sebesar,9 ton. Kehancuran benda uji RBT,, RBT, dan RBT,5 adalah sama yaitu kegagalan terjadi pada joint yang ditandai dengan putusnya sambungan sekitar las batang D2 pada joint 5 sebelum mencapai kapasitas maksimum, sehingga tidak terjadi kenaikan beban lagi. Beban maksimum yang dicapai RBT,, RBT, dan RBT,5 berturut-turut adalah sebesar 6,9 ton, 6,9 ton dan 8.62 ton. 4. KESIMPULAN. Peningkatan nilai beban dipengaruhi oleh variabel ketebalan profil baja hollow yaitu semakin tebal profil, semakin besar beban yang mampu dipikul benda uji rangka bidang. Beban maksimum yang mampu dipikul benda uji RBT, ; RBT,; dan RBT,5 masing-masing sebesar 6,9 Ton; 6,9 Ton; dan 8,64 Ton. Lendutan maksimum untuk masing-masing benda uji secara berturut-turut sebesar 9,99 mm; 9,60 mm; dan 8,4 mm. 2. Pengisian mortar pada rangka bidang dapat menambah kekuatan struktur rangka bidang dan dapat menghindari tejadinya kelemahan pada satu titik. Perbandingan beban maksimum RBK dengan RBT, menunjukkan terjadinya peningkatan kapasitas dimana beban maksimum untuk benda uji RBK sebesar,9 Ton, dan beban maksimum RBT. sebesar 6,9 Ton, berarti terjadi peningkatan kapasitas sebesar 259 %.. Lendutan maksimum yang terjadi pada joint 5 dengan beban yang sama sebesar 5 Ton didapat untuk benda uji RBT, ; RBT,; dan RBT,5 masing-masing sebesar 5,5 mm; 4,95 mm; dan,75 mm. Semakin tebal ukuran profil baja hollow, semakin kuat dan kaku rangka bidang tersebut. 4. Nilai daktilitas dari benda uji RBT,; RBT,; dan RBT,5 masing-masing adalah sebesar,52;,64; dan,24. MTR-84
DAFTAR PUSTAKA Brahmantyo, D., 202, Struktur Baja 2, Universitas Narotama, Surabaya. Munandar, R., 204, Kekuatan Portal Bidang (Plane Frame) Satu Pias Baja Hollow Berdinding Beton Ringan Busa Akibat Dibebani Beban Horizontal dengan Variasi Dimensi Profil, Tuga Akhir, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Karina, A., 2009, Analisis Daktilitas Kurvatur pada Kolom Beton bertulang Terkekang, Tugas Akhir, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Kassimali, A., 200, Matrix Analysis of Structure, Second edition, Cengange Learning, USA Sardika, L., 204, Kekuatan Portal Bidang (Plane Frame) Satu Pias Baja Hollow Berdinding Beton Busa Ringan Akibat Dibebani Beban Horizontal Dengan Variasi Ketebalan Profil, Tugas Akhir, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Wijaya, H., 204, Waktu alir, Kuat Tekan, Kuat Tarik Mortar sebagai bahan Graut untuk Agregat Halus Gradasi Agak Kasar dengan Bahan Tambah Gula Pasir, Tugas Akhir, Universitas Gajah Mada, Jogjakarta. MTR-85