EKSPERIMEN TEKUK P KRITIS PADA CIRCULAR HOLLOW
SECTIONS
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian
sarjana teknik sipil
YELENA HARTANTI DEPARI
080404115
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Tuhan YME yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat
terselesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil
bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara, dengan judul “Eksperimen Tekuk P Kritis Pada Circular Hollow
Sections”
Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas
dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada kedua orang tua yang sangat saya cintai, Ir. Gidion Sembiring, MT dan Sertalinta Purba, mereka adalah motivator terbesar bagi saya. Tiada balasan yang
dapat diberikan selain membahagiakannya dengan menyelesaikan perkuliahan ini
dengan hasil yang memuaskan.
Selain itu, saya juga mengucapkan terimakasih banyak kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku pembimbing, yang telah banyak
memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga
dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuannya selama ini
kepada saya.
6. Adik saya Raymond Adytia Depari yang telah banyak membantu dan
mendukung.
7. Sahabat saya yang selalu mendukung dan mengingatkan untuk segera
menyelesaikan tugas akhir, Rama Miranda Pasaribu.
8. Senior saya yang telah banyak memberikan masukan, Ronald Sirait.
9. Saudara/i seperjuangan Michael Mario Sinaga, Rivayando Sinaga, William
Arthur Bangun, Yusry M Siagian, Ivan Hutauruk, David Pramono, Danny W
Siagian, Jefri Lumbanbatu, Sadvent M. Purba, Eka Desy Pratiwi, Ade Sri
Rezeki, Raisa Muharrisa, Nurul Hamidah Gurning, Ratih Dewanti, Ibnu Sifa,
M. Harry Yusuf, Vivi Anggraini, Novalena Sinurat, serta teman-teman
mahasiswa/i angkatan 2008 atas semangat dan bantuannya selama ini.
10. Buat abang-abang dan kakak-kakak senior angkatan 2005 serta adik-adik
junior yang selalu memberikan dukungan dan semangat luar biasa.
11. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas
dukungannya yang sangat baik.
pemahaman saya dalam hal ini. Untuk itu, saya sangat mengharapkan saran dan
kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan di masa akan datang.
Akhir kata saya mengucapakan terimakasih yang sebesar-besarnya dan semoga tugas
akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, April 2013
Yelena Hartanti Depari
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.
Pada permasalahan ini penulis melakukan eksperimen pada Circular Hollow
Sections (pipa) diameter 40 mm dan tebal 2 mm ; pada profil siku dengan ukuran
35.35.4 mm, masing-masing dengan panjang 500 mm, yang mengalami pembebanan
gaya aksial. Pada kenyataan benda uji tersebut akan mengalami tekuk lentur dan
terjadi ketidakstabilan akibat pembebanan gaya aksialnya.
Setelah memperoleh data hasil pengujian dan dianalisa, dapat disimpulkan
bahwa P kritis yang diperoleh pada perhitungan secara analisa lebih besar daripada
yang terjadi saat eksperimen.
Kata kunci : baja, eksperimen tekuk, beban kritis, tampang bulat berongga,
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... iii
ABSTRAK ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR NOTASI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1 UMUM ... 1
I.2 LATAR BELAKANG ... 3
I.3 TUJUAN PENELITIAN ... 4
I.4 PEMBATASAN MASALAH ... 5
I.5 METODE PENELITIAN ... 5
I.6 SISTEMATIKA PENULISAN ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8
II.1 TEORI TEKUK... ... 8
II.1.1 Umum dan Latar Belakang ... 8
II.1.2 Keruntuhan Batang Tekan... ... 12
II.1.3 Stabilitas dari Struktur Kolom... .... 12
II.2 SIFAT BAHAN BAJA ... 16
II.3 ANALISA KOLOM ... 20
II.3.1 Kolom Euler ... 24
II.3.2 Rumus Kolom Euler ... 28
II.3.2.2 Kolom dengan Kedua Ujungnya berupa Sendi ... 31
II.3.2.3 Kolom dengan Kedua Ujungnya Terjepit ... 32
II.3.2.4 Kolom dengan Kedua Uujung Terjepit tetapi salah satu dapat bergeser arah Lateral... 34
II.3.2.5 Kolom dengan ujung-ujung Terjepit dan Sendi35 II.4 PANJANG EFEKTIF ... 39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 42
III.1 PENDAHULUAN ... 42
III.2 PERSIAPAN PENELITIAN ... ... 42
III.3 PELAKSANAAN PENGUJIAN ... ... 43
III.4 PROSEDUR PENGUJIAN ... 43
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN ... 45
IV.1 ANALISA TEKUK ... 45
IV.2 KEJADIAN AKIBAT TEKUK LENTUR ... 47
IV.3 ANALISA BENDA UJI ... ... 49
IV.3.1 Analisa Pada Batang Berongga (Pipa) ... 49
IV.3.2 Analisa Pada Profil Siku ... 50
IV.4 HASIL PENGUJIAN ... 52
IV.4.1 Hasil Pengujian Pada Batang Berongga... 52
IV.4.2 Hasil Pengujian Pada Profil Siku ... 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 56
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Tekuk Kolom Euler 2
Gambar I.2 Bentuk Turbular Joints 3
Gambar II.3 Batang yang tertekuk akibat gaya aksial 8
Gambar II.4 Stabilitas 12
Gambar II.5 Tekuk 13
Gambar II.6 Hubungan tegangan-regangan untuk uji tarik pada baja
lunak 16
Gambar II.7 Penentuan teganangan leleh 18
Gambar II.8 Potongan batang sejauh x dari tumpuan 20
Gambar II.9 Kolom Terdeformasi 20
Gambar II.10 Kolom Euler 24
Gambar II.11 Grafik Kolom Euler 26
Gambar II.12 Kolom dengan Satu Ujung Terjepit dan yang lainnya Bebas 27
Gambar II.13 Kolom dengan Kedua Ujungnya berupa Sendi 30
Gambar II.14 Kolom dengan Kedua Ujungnya Terjepit 31
Gambar II.15 Kolom dengan Kedua Uujung Terjepit tetapi salah satu dapat
bergeser arah Lateral 32
Gambar II.16 Kolom dengan ujung-ujung Terjepit dan Sendi 33
Gambar II.17 Kurva kl 34
Gambar II.18 Kurva ACB 36
Gambar III.1 Keadaan Circular Hollow (Pipa) pada saat mengalami
pembebanan 42
Gambar III.2 Keadaan Profil Siku pada saat mengalami pembebanan 42
Gambar IV.1 Tekuk Lentur Pada Kolom
Gambar IV.2 Tekuk Lentur Kolom Pada Kondisi Ujung Sendi-sendi 45
DAFTAR NOTASI
Pkr beban kritis baja
σ
kr tegangan rata-rata pada penampangµ angka poison
α koefisien ekspansi
ε regangan baja
A luas penampang profil
E modulus elastisitas baja
G modulus geser
σ
y tegangan lelehβ sudut putar I inersia profil
�� tegangan izin profil
P gaya tekan pada batang
� faktor tekuk
Λ nilai kelangsingan
Lk panjang tekuk
imin jari-jari kelembaman minimum batang
Ix momen inersia sumbu x
L panjang kolom
DAFTAR TABEL
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.
Pada permasalahan ini penulis melakukan eksperimen pada Circular Hollow
Sections (pipa) diameter 40 mm dan tebal 2 mm ; pada profil siku dengan ukuran
35.35.4 mm, masing-masing dengan panjang 500 mm, yang mengalami pembebanan
gaya aksial. Pada kenyataan benda uji tersebut akan mengalami tekuk lentur dan
terjadi ketidakstabilan akibat pembebanan gaya aksialnya.
Setelah memperoleh data hasil pengujian dan dianalisa, dapat disimpulkan
bahwa P kritis yang diperoleh pada perhitungan secara analisa lebih besar daripada
yang terjadi saat eksperimen.
Kata kunci : baja, eksperimen tekuk, beban kritis, tampang bulat berongga,
BAB I
PENDAHULUAN
I. 1 Umum
Baja adalah salah satu bahan kontruksi yang paling penting, sifat-sifatnya
yang terutama dalam penggunaan konstruksi adalah kekuatannya yang tinggi dan
sifat yang keliatannya. Keliatan ( ductility ) adalah kemampuan untuk berdeformasi
secara nyata baik dalam tegangan maupun dalam kompresi sebelum terjadi
kegagalan { Joseph E.Bowles, 1985}.
Baja berdeformasi secara nyata dapat dilihat pada batang polos maupun
konstruksi portal sederhana. Portal terdiri dari elemen-elemen pelat, kolom, dan
balok kolom dimana sambungan balok dan kolom tidak dapat dikatakan mololit
seperti beton maka digunakan asumsi-asumsi dalam memudahkan didalam
menganalisa. Dalam perencanaan faktor yang harus mendapat perhatian utama
adalah masalah kekuatan atau keamanan, masalah keekonomisan dan masalah
estetika dari struktur yang direncanakan.
Suatu struktur dikatakan kuat atau aman apabila struktur tersebut mampu
memikul segala gaya, tegangan dan juga lendutan yang mungkin timbul akibat dari
pembebana yang bersifat sementara. Oleh karena itu seorang perencana harus
memperhatikan hal-hal tersebut diatas dengan sebaik-baiknya dalam merencanakan
suatu struktur.
Dalam tugas akhir ini yang ditinjau adalah kolom baja. Apabila sebuah
batang lurus dibebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama
dari keadaan sumbu batang lurus menjadi sumbu batang melengkung dinamakan
Tekuk.
Buckling (tekuk) terjadi akibat penekanan pada suatu batang dimana yang
mengalami gaya tekan aksial. Dalam hal ini, tekuk dapat terjadi sebelum atau
sesudah tegangan idiil dicapai terlebih dahulu, tentu tidak menjadi masalah dalam
perhitungan kekuatan baja. Namun apabila tekuk terjadi sebelum tegangan idiil
dicapai, tentu akan sangat berbahaya karena peristiwa tekuk terjadi secara tiba-tiba
tanpa memberi tanda-tanda misalnya terjadinya deformasi secara perlahan-lahan
yang semakin lama semakin besar.
Garis terputus menunjukkan diagram kolom tertekuk
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Nilai λ teoritis
0,5 0,7 1,0 1,0 2,0 2,0
Nilai λ yang dianjurkan untuk kolom
yang medekati kondisi idiil
0,65 0,80 1,2 1,0 2,10 2,0
Kode ujung
Jepit Sendi
Roll tanpa putaran sudut
2 2
L EI
Pcr =π Perletakan Sendi – Sendi
2 2
4
L EI
Pcr = π Perletakan Jepit – Jepit
2 2
2
L EI
Pcr = π Perletakan Jepit - Sendi
2 2
L EI
Pcr =π Perletakan Jepit – Jepit Bergoyang
2 2
4L EI
Pcr =π Perletakan Jepit - Bebas
2 2
4L EI
Pcr =π Perletakan Sendi – Jepit Bergoyang
I.2 Latar Belakang
Struktur rangka dengan batang profil berongga telah sering digunakan pada
konstruksi di daerah lepas pantai dan di daratan. Contoh tipikal dari konstruksi di
lepas pantai adalah pada selubung untuk tiang pancang, lengan untuk anjungan krane
dan balok cerobong asap. Sedangkan untuk konstruksi di daratan, profil berongga ini
digunakan untuk rangka atap, rangka batang atau struktur ruang. Keunggulan yang
menonjol dari batang dengan profil berongga adalah kaitannya dengan perilaku
batang ketika mengalami tekuk dua arah dan terutama di saat mengalami puntir.
Biaya untuk pemeliharaan komponen dan pelindung anti karat relatif rendah, oleh
karena sebagian kecil saja permukaan batang yang dilapisi baja, dan bentuknya yang
Gambar I.2. Bentuk Tubular Joints
Batang dengan profil berongga terdiri dua macam bentuk yaitu persegi dan
bulat. Pada struktur lepas pantai, batang dengan join profil bulat berongga (batang
berbentuk pipa) hampir selalu digunakan. Alasannya adalah koefisien tahanan yang
relative lebih rendah dan beban hidrodinamis yang lebih kecil, kuat geser yang sama
ke semua arah, konsentrasi tegangan minimal pada sambungan serta kuat menahan
gaya tekuk yang baik.
I.3 Tujuan Penelitian
Adapun maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk
menentukan berapa nilai Pkritis yang dapat diterima oleh kolom baja yang
I.4 Pembatasan Masalah
Dalam analisa ini banyak permasalahan yang akan ditinjau maka untuk
memudahkan analisa pada penulisan ini diadakan pembatasan-pembatasan dan
penyederhanaan sebagai berikut :
a. Aplikasi terhadap batang profil berongga (Circular Hollow Sections)
dengan diameter 40 mm ; tebal 2 mm dan profil siku dengan ukuran
35.35.4 mm. Masing-masing dengan panjang batang 500 mm.
b. Struktur adalah dengan tumpuan sendi-sendi
c. Bahan baja bersifat elastis linier sesuai dengan hukum Hooke
d. Akibat berat sendiri diabaikan
e. Perputaran tampang yang terjadi sangat kecil
f. Tekuk yang terjadi adalah tekuk elastic
I.5 Metodologi Penulisan
Metode yang akan digunakan untuk penyelesaian tugas akhir ini adalah
dengan mempelajari perhitungan dari beberapa sumber, mengumpulkan keterangan
maupun penjelasan dari beberapa buku serta masukan dan petunjuk dari Dosen
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisikan hal – hal umum dan latar belakang penelitian,
permasalahan yang akan diamati, tujuan yang akan dicapai, pembatasan
masalah dan metodologi penelitian yang dilaksanakan oleh penulis.
BAB II STUDI PUSTAKA
Pada bab ini berisikan keterangan – keterangan umum dan khusus mengenai
tata cara pengujian, juga referensi tentang profil batang berongga dan profil
siku yang akan diteliti berdasarkan referensi – referensi yang penulis
dapatkan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini berisikan persyaratan dan pemeriksaan bahan – bahan yang akan
digunakan dalam penelitian, prosedur pengujian, dan pengambilan data.
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN
Bab ini berisikan data – data hasil pengujian dan pembahasan data – data dari
pengujian di laboratorium, serta perbandingan antara perhitungan analitis
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan – kesimpulan yang didapat dari proses
penulisan tugas akhir ini serta saran – saran untuk pengembangan penelitian
serta saran – saran yang membangun agar dapat diperoleh penulisan skripsi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Teori Tekuk
II.1.1 Umum dan Latar Belakang
Kolom merupakan batang tekan tegak yang bekerja untuk menahan
balok-balok loteng, rangka atap, lintasan crane dalam bangunan pabrik dan sebagainya
yang untuk seterusnya akan melimpahkan semua beban tersebut ke pondasi.
Dengan berbagai macam sebutan, seperti kolom, tiang, tonggak, dan batang
desak, batang ini pada hakekatnya jarang sekali mengalami tekanan aksial
saja.Apabila sebuah batang lurus dibebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban
semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami
perubahan. Perubahan dari keadaan sumbu batang lurus menjadi sumbu batang
melengkung dinamakan Tekuk.
Pada hakekatnya batang yang hanya memikul tekan aksial saja jarang
dijumpai dalam struktur namun bila pembebanan diatur sedemikian rupa hingga
pengekangan ( restrain ) rotasi ujung dapat diabaikan atau beban dari batang-batang
yang bertemu diujung kolom bersifat simetris dan pengaruh lentur sangat kecil
dibandingkan dengan tekanan langsung maka batang tekan dapat direncanakan
dengan aman sebagai kolom yang dibebani secara konsentris.
Dari mekanika bahan diketahui bahwa hanya kolom yang sangat pendek
dapat dibebani hingga mencapi tegangan lelehnya, sedangkan keadaan yang umum
yaitu lenturan mendadak akibat ketidakstabilan terjadi sebelum kekuatan bahan
(buckling). Jadi pengetahuan tentang kestabilan batang tekan perlu bagi pembaca
yang merencanakan struktur baja.
Gambar II.1 Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
( sumber : Salmon, 1992 )
Latar belakang tekuk kolom pertama kali dikemukakan oleh Leondharrt Euler
pada tahun 1759. Batang dengan beban konsentris yang semula lurus dan semua
seratnya tetap elastis hingga tekuk terjadi akan mengalami lengkungan yang kecil
pada gambar II.1.1. Walaupun Euler hanya menyelidiki batang yang dijepit disalah
satu ujung dan bertumpu sederhana ( simply supported ) di ujung yang lainnya,
logika yang sama dapat diterapkan pada kolom yang berperletakan sendi, yang tidak
memiliki pengekangan rotasi dan merupakan batang dengan kekuatan tekuk terkecil.
Kita akan mendapatkan rumus-rumus gaya kritis yang dapat diterima oleh suatu
batang sebelum tekuk terjadi.
Pendekatan Euler pada umumnya tidak digunakan untuk perencanaan karena
tidak sesuai dengan percobaan, dalam praktek kolom dengan panjang umum tidak
sekuat seperti yang dinyatakan oleh rumus-rumus Euler.
Considere dan Esengger pada tahun 1889 secara terpisah menemukan bahwa
sebagian dari kolom dengan panjang yang umum menjadi inelastic sebelum tekuk
terjadi dan harga E yang dipakai harus memperhitungkan adanya jumlah serat yang
P
P
L
tertekan dengan regangan diatas batas proporsional. Jadi mereka menyadari bahwa
sesungguhnya kolom dengan panjang yang umum akan hancur akibat tekuk inelastic
dan bukan akibat tekuk elastic.
Akan tetapi pengertian yang menyeluruh tentang kolom dengan beban
konsentris baru dicapai pada tahun 1946 ketika Shanley menjabarkan teori yang
sekarang ternyata benar. Ia mengemukakan bahwa hakekatnya kolom masih mampu
memikul beban aksial yang lebih besar walaupun telah melentur, tetapi kolom mulai
melentur pada saat mencapai beban yang disebut beban tekuk, yang menyertakan
pengaruh inelastisitas pada sejumlah atau semua serat penampang lintang.
Untuk menentukan kekuatan kolom dasar, kondisi kolom perlu didealisir
dengan beberapa anggapan. Mengenai bahan, kita dapat menganggap :
1. Sifat tegangan-regangan tekan sama diseluruh titik pada penampang
2. Tidak ada tegangan internal seperti akibat pendinginan setelah penggilingan
(rolling)
3. Kolom lurus sempurna dan prismatis
4. Resultante beban bekerja melalui sumbu pusat batang sampai batang mulai
melentur
5. Kondisi ujung harus statis tertentu sehingga panjang antara sendi-sendi ekivalen
dapat ditentukan.
6. Teori lendutan yang kecil seperti pada lenturan yang umum berlaku dan gaya
Setelah anggapan-anggapan diatas dibuat, sekarang disetujui bahwa kekuatan
suatu kolom dapat dinyatakan sebagai:
σ
cr=
�
�
=
�2Et ���� �2
Dimana :
σ
cr = tegangan rata-rata pada penampangE t = modulus tangen pada P/A
KL/r = angka kelangsingan efektif (ujung sendi ekivalen)
Seperti yang kita tahu batang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk
elastis dan batang tekan yang pendek yang buntak dapat dibebani sampai bahan
meleleh atau bahkan sampai daerah pengerasan regangan (strain hardening). Pada
keadaan yang umum, kehancuran akibat tekuk terjadi setelah sebagian penampang
melintang meleleh, keadaan ini disebut dengan tekuk inelastic.
Tekuk murni akibat beban aksial sesungguhnya hanya terjadi apabila
anggapan dari (1) sampai (7) diatas berlaku. Kolom biasanya merupakan satu
kesatuan dengan struktur, dan pada hakekatnya tidak dapat berlaku secara
independent. Dalam praktek, tekuk diartikan sebagai pembatasan antara lendutan
stabil dan tidak stabil pada batang tekan: jika bukan kondisi sesaat yang terjadi pada
batang langsing elastis yang diisolir. Banyak insinyur menyebut “beban tekuk
II.1.2. Keruntuhan Batang Tekan
Dari mekanika bahan kita tahu bahwa batang tekan yang pendek akan dapat
dibebani sampai beban meleleh. Batang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk
elastis. Pada keadaan umum kehancuran akibat tekan terjadi diantara keruntuhan
akibat kelelehan bahan akibat tekuk elastis, setelah bagian penampang melintang
meleleh, keadaan ini disebut tekuk inelastis (inelastic buckling).
Ada tiga jenis keruntuhan batang tekan, yaitu:
1. Keruntuhan akibat tegangan yang terjadi pada penampang telah melalui
materialnya.
2. Keruntuhan akibat batang tertekuk elastic (elastic buckling). Keadaan ini
terjadi pada bagian konstruksi yang langsing. Disini hukum Hooke masih
berlaku bagi serat penampang dan tegangan yang terjadi tidak melebihi batas
proporsional.
3. Keruntuhan akibat melelehnya sebagian serat disebut tekuk inelastic
(inelastic buckling). Kasus keruntuhan semacam ini berada diantara kasus (1)
dan kasus (2), dimana pada saat menekuk sejumlah seratnya menjadi inelastic
maka modulus elastisitasnya ketika tertekuk lebih kecil dari harga awalnya.
II.1.3 Stabilitas dari Struktur Kolom
Analisa stabilitas suatu struktur batang berkaitan erat dengan masalah
kesetimbangan. Oleh karena itu pemahaman terhadap masalah kesetimbangan
merupakan suatu hal yang penting.
Konsep dari stabilitas sering diterangkan dengan menganggap kesetimbangan
ball
(a) Stable (b) Neutral (c) Unstable
Gambar II.2 Stabilitas
Sumber : Alexander Chajes, “ Principles of Stability Theory ”
Walaupun bola dalam keadaan setimbang pada posisinya masing-masing,
dalam pengamatan memperlihatkan adanya perbedaan dari ketiga keadaan tersebut.
- Posisi a
Bola berada pada permukaan yang cekung maka bila diberikan gangguan kecil dx,
bola akan kembali keposisi semula setelah berisolasi beberapa kali.
Keadaan kesetimbangan ini disebut dengan kesetimbangan stabil.
- Posisi b
Apabila bola berada pada permukaan yang datar, bila diberikan gangguan kecil dx
maka gangguan kecil ini tidak akan merubah gaya-gaya kesetimbangan maupun
energy potensial bola. Keadaan kesetimbangan ini disebut dengan kesetimbangan
netral.
- Posisi c
Bila bola berada pada permukaan yang cembung, diberikan gangguan kecil dx maka
akan terjadi pergeseran mendadak ( progressive movement ). Kesetimbangan ini
Gambar II.3 Tekuk
- Batang a, diberi muatan P1 kecil, dari samping dimuati Q yang menekan batang
maka akan terjadi lenturan f1. Bila gaya Q dihilangkan, lenturan hilang dan batang
lurus kembali. Peristiwa ini disebut dengan bola dalam tempat yang cekung.
- Batang b, ditekan dengan P2, dimana P2 > P1 . Dari samping ditekan Q maka terjadi
lenturan f2, Q dihilangkan tetapi f2 masih tetap ada. Keadaan ini disebut
“indifferent”. Gaya P2 disebut gaya Pkritis, sedangkan tegangan (ssσ = ��) yang timbul
dalam luas tampang disebut tegangan kritis (σkritis ).
- Batang c, ditekan dengan P3 , dimana P3 > P2 tetapi masih dalam batas batang
belum patah. Dari samping ditekan Q bahkan lebih kecil dari pada Q pada keadaan a.
Lengkung f3 yang timbul akan menjalar terus sampai batang itu patah. Peristiwa ini
II.2 Sifat Bahan Baja
Sifat baja yang terpenting dalam pengunaanya sebagai bahan konstruksi
adalah kekuatannya yang tinggi, dibandingkan dengan bahan lainnya seperti kayu,
dan sifat keliatannya, yaitu kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam
tegangan, 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 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 temperatur tinggi untuk
menghasilkan massa-massa besi yang besar, selanjutnya dibesihkan 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 %
2. Baja dengan persentase zat arang ringan ( mild carbon steel )
Yakni 0.15 % - 0.29 %
3. Baja dengan persentase zat arang sedang ( medium carbon steel )
Yakni 0.30 % - 0.59 %
4. Baja dengan persentase zat arang tinggi ( High carbon steel )
Yakni 0.60 % - 1.7 %
Baja untuk bahan struktur termasuk kedalam baja yang persentase zat arang
didalamnya, maka semakin tinggi nilai tegangan lelehnya. Sifat-sifat bahan struktur
yang paling penting dari baja adalah sebagai berikut :
1. Modulus Elastisitas ( E )
Modulus elastisitas untuk semua baja ( yang secara relative tidak tergantung
dari kuat leleh ) adalah 28000 sampai 30000 ksi atau 193000 sampai 207000
Mpa. Nilai untuk desain lazimnya diambil sebesar 29000 ksi atau 200000
Mpa.
Berdasarkan Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia ( PPBBI ), nilai
modulus elastisitas baja adalah 2,1 x 106 kg/cm² atau 2,1 x 105 MPa.
2. Modulus Geser ( G )
Modulus geser setip bahan elastis dihitung berdasarkan formula :
G = �
2(1+�)
Dimana μ = perbandingan poisson yang diambil sebesar 0,3 untuk baja.
Dengan menggunakan μ = 0,3 maka akan memberikan G = 11000 ksi atau
77000 MPa.
Berdasarkan Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia ( PPBBI ),
nilai modulus geser ( gelincir ) baja adalah 0,81 x 106 kg/cm² atau 0,81 x 105
MPa.
3. Koefisien Ekspansi ( α )
Koefisien ekspansi adalah koefisien pemuaian linier. Koefisien ekspansi baja
diambil sebesar 12 x 10-6 per 0C.
4. Tegangan Leleh ( σ )
Sifat – sifat ini termasuk massa jenis baja, yang sama dengan 490 pcf atau
7,850 t/m3, atau dalam berat satuan, nilai untuk baja sama dengan 490 pcf
atau 76, 975 kN/m³, berat jenis baja umumnya adalah sebesar 7,85.
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 antara tegangan dan regangan seperti tergambar di
bawah ini.
Gambar II.4 Hubungan tegangan - regangan untuk uji tarik pada baja lunak.
Keterangan gambar :
σ = tegangan baja
ε = regangan baja
A = titik proporsional
A’ = titik batas elastis
B = titik batas plastis
M = titik runtuh
[image:30.595.224.419.286.424.2]Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sampai titik A hubungan antara
tegangan dan regangan masih linier atau keadaan masih mengikuti hukum Hooke.
Kemiringan garis OA menyatakan besarnya modulus elastisitas E. Diagram regangan
untuk baja lunak memiliki titik leleh atas ( upper yield point ), σy 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 0.014.
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 didefenisikan sebagai Ez. Di titik M, yaitu regangan berkisar antara
20 % dari panjang batang, tegangannya mencapai nilai maksimum yang disebut
sebagai tegangan tarik 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
standar menentukan besarnya tegangan leleh dihitung dengan menarik garis sejajar
[image:32.595.219.430.157.298.2]dengan sudut kemiringan modulus elastisitasnya, dari regangan sebesar 0.2 %
Gambar 2.5 Penentuan tegangan leleh.
Dari titik regangannya 0.2 % ditarik garis sejajar dengan garis OB sehingga
memotong grafik tegangan regangan dan memotong sumbu tegangan.Tegangan yang
diperoleh ini disebut dengan tegangan leleh. Tegangan-tegangan leleh dari
[image:32.595.108.530.506.739.2]bermacam-macam baja bangunan diperlihatkan pada tabel 2.2 dibawah ini:
Tabel 2.2 Harga tegangan leleh
Macam Baja
Tegangan Leleh
Kg/cm2 Mpa
Bj 34 2100 210
Bj 37 2400 240
Bj 41 2500 250
Bj 44 2800 280
Bj 50 2900 290
Baja memiliki beberapa kelebihan sebagai bahan konstruksi, diantaranya :
1. Nilai kesatuan yang tinggi per satuan berat
2. Keseragaman bahan dan komposit bahan yang tidak berubah terhadap waktu
3. Dengan sedikit perawatan akan didapat masa pakai yang tidak terbatas
4. Daktalitas yang tinggi
5. Mudah untuk diadakan pengembangan struktur
Disamping itu baja juga mempunyai kekurangan dalam hal :
1. Kekuatan baja lemah dalam memikul beban tekan
2. Biaya pengadaan anti api yang besar ( fire proofing cost )
3. Dibandingkan dengan kekuatannya kemampuan baja melawan tekuk kecil
4. Nilai kekuatannya akan berkurang, jika dibebani secara berulang / periodik,
hal ini biasanya 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.
II.3 Analisa Kolom
P
X
x
dx
L
Y
[image:33.595.146.492.574.650.2]P
Sebuah batang lurus dengan panjang L yang dibebani oleh gay aksial P
seperti yang diperhatikan pada gambar II.3a uraian gaya-gaya yang bekerja pada
potongan sejauh x dari tumpuan, diperlihatkan pada gambar II.3b dimana N dan Q
adalah komponen gaya longitudinal dan transversal pada potongan itu, dan M adalah
momen lentur.
Dx
[image:34.595.206.442.252.308.2]M Q+dQ
Gambar II.7 Potongan batang sejauh x dari tumpuan
Pengaruh dari adanya rotasi struktur, persamaan kesetimbangan dari elemen
kolom ramping yang terdeformasi diperlihatkan pada gambar II.3c.
Gambar II.8 Kolom Terdeformasi
M N
Q
Q+dQ
N+dN M+dM
[image:34.595.160.375.519.721.2]Untuk deformasi yang kecil, maka dapat diasumsikan bahwa sudut putar β
adalah kecil. Dengan demikian sin β dan cos β secara berurutan dapat dianggap β dan
l. Persamaan kesetimbangan gaya dapat diperoleh dengan menguraikan
masing-masing gaya yang bekerja sesuai dengan subu x dan y. Dari uraian gaya pafa sumbu
x diperoleh :
-N + ( N + dN ) – Q β + ( Q + dQ ) ( β + dβ ) = 0
N I+ QI+ βI = 0
Dimana :
N I = dN/dx
QI = dQ/dx
βI= dβ /dx
dari uraian gaya pada sumbu y diperoleh :
-Q + ( Q+dQ ) – Nβ – ( N + dN )( β + dβ ) = 0
-NβI+ βNI + QI = 0
Uraian Momen :
M – ( M + dM ) + Qdx = 0
Q = MI
Dimana :
M = dM/dx
Untuk batang yang ramping dapat dianggap bahwa tegangan dan gaya geser
melintang sangat kecil. Kita biasanya mengambil asumsi bahwa bentuk kuadratik
dapat diabaikan. Dari asumsi yang diambil maka tiga persamaan kesetimbangan
disederhanakan menjadi bentuk berikut :
NI= 0 ( II.3a )
QI- βNI= 0 ( II.3b )
Q = 0 ( II.3c )
Bentuk dari βNI
tidak terdapat ada persamaan II.3b karena telah hilang akibat
persamaan II.3a dengan mengeliminasi Q dari persamaan II.3c sehingga
menghasilkan.
NI = 0
MII= -EIyII ( II.3d )
Dimana I adalah momen Inersia dari penampang dan E adalah modulus elastis bahan.
Persamaan II.3d kita subtitusikan kedalam persamaan II.3c diperoleh :
NI= 0
(EIII)II – NyII = 0
Untuk harga EI yang konstan, persamaan menjadi :
NI= 0
EIyIV – NyII = 0
Persamaan II.3b merupakan bentuk kuadrik dalam variabel-variabel N dan Y.
Oleh karena itu merupakan persamaan differensial non linier. Dari persamaan II.3a
terlibat bahwa N konstan sepanjang X dan dari kondisi batas x=0 dan x=1, kita lihat
bahwa N = -P. Dengan demikian persamaann II.3b dapat disederhanakan menjadi
bentuk lazim dikenal :
Atau
EI ��4 ��4 + P
��2
��2= 0 ( II.3f )
Persamaan diatas adalah differensial dari kolom ramping yang mengalami
tekukan. Dari persamaan dapat ditentukan besarnya pada saat struktur akan runtuh.
Misalnya k2 = P/EI dan subtitusikan kedalam persamaan sehingga diperoleh :
��4
��4 + K
��2
��2= 0 ( II.3g )
Persamaan umum dari persamaan differensial adalah :
Y = A sin kx + B cos kx + Cx + D ( II.3h )
Dimana : A, B, C, D adalah tetapan tertentu yang dapat ditentukan dengan
menggunakan syarat-syarat batas yaitu kondisi batas ujung-ujung batang ( boundary
condition ).
II.3.1 Kolom Euler
Rumus kolom Euler diturunkan dengan membuat berbagai anggaan sebagai berikut :
- Bahan elastic sehingga memenuhi Hukum Hooke
- Material homogen sempurna dan isotropis
- Batang pada mulanya lurus sempurna, prismatic dan beban terpusat dikerjakan
sepanjang sumbu titik berat penampang
- Penampang batang tidak terpuntir, elemennya tidak dipengaruhi tekuk setempat dan
distorsi lainnya selama melentur
- Ujung-ujung batang ditumpu sederhana. Ujung bawah ditumpu pada sendi yang
tidak dapat berpindah, ujung atas ditumpu pada tumpuan yang dapat berotasu
dengan bebas dan bergerak vertical tetapi tidak dapat bergerak horizontal.
- Deformasi dari batang cukup kecil sehingga bentuk ( y’ )² dari persamaan kurva y”
[image:38.595.178.482.242.519.2]/ (1 + (y’)2)2/3 dapat diabaikan. Dari sini kurva dapat didekati dengan y”.
Gambar II.9 Kolom Euler
Bahwa batang yang ditekan akan mengalami bentuk yang sedikit melengkung
seperti pada gambar II.3.1a. Jika sumbu koordinat diambil seperti dalam gambar,
momen dalam yang terjadi pada penampang sejauh x dari sumbu asal adalah :
Mx = -EIy” ( II.3.1.a)
Dengan menyamakan momen lentur luar P.y, maka diperoleh persamaan :
EIy” + P.y = 0 (II.3.1.b)
P P
P P P
Y X
-EIy" P
y
Persamaan ( II.3.1.a) adalah persamaan differential linear dengan koefisien konstan
dan dapat dirubah menjadi :
y” + k².y = 0 (II.3.1.b)
dimana, k² = �
�� (II.3.1.c)
Penyelesaian umum persamaan (II.3.1.b)
y = A sin kx + B cos kx (II.3.1.d)
Untuk menentukan besaran konstanta A dan B, maka menggunakan syarat batas :
y = 0 dan x = 0
y = 0 dan x = 1
Dengan memasukkan syarat batas pertama kedalam persamaan (II.3.1.d) maka
diperoleh :
B = 0
Sehingga diperoleh :
y = A sin kx (II.3.1.e)
Dari syarat batas kedua diperoleh :
A sin kl = 0 (II.3.1.f)
Persamaan (II.3.1.f) dapat dipenuhi oleh tiga keadaan yaitu :
a. Konstanta A = 0, yaitu tidak ada lendutan (II.3.1.g1)
b. kl = 0, yaitu tidak ada beban luar (II.3.1.g2)
Subtitusi persamaan (II.3.1.g3) kedalam persamaan (II.3.1.c) dan persamaan
(II.3.1.e) diperoleh :
P = �2�2��
�2 (II.3.1.h)
Y = A sin ���
� (II.3.1.i)
Pada beban yang diberikan oleh persamaan (II.3.1.h) kolom berada dalam
keadaan kesetimbangan dalam bentuk yang agak bengkok, dimana bentuk
deformasinya diberikan oleh persamaan (II.3.1.i).
Ragam (mode) tekuk dasar yaitu lendutan dengan lengkungan tunggal akan
diperoleh jika nilai n diambil sama dengan 1, dengan demikian beban kritis Euler
untuk kolom adalah :
Pcr = � 2��
�2 (II.3.1.j)
Dan persamaan lendutan menjadi :
Y = A sin ��
� (II.3.1.k)
Kelakuan kolom Euler dapat digambarkan secara grafik seperti pada gambar:
P
Pcr = � 2��
�2
[image:40.595.204.395.556.663.2]A
Dari grafik dapat dilihat bahwa sampai beban Euler dicapai, kolom harus
tetap lurus. Pada beban Euler ada percabangan kesetimbangan yaitu kolom dapat
tetap lurus atau dapat dianggap berubah bentuk dengan amplitude tidak tentu.
Kelakuan ini menunjukkan bahwa keadaan kesetimbangan pada saat beban Euler
merupakan transisi dari kesetimbangan stabil dan tidak stabil.
II.3.2 Rumus Kolom Euler
II.3.2.1 Kolom dengan Satu Ujung Terjepit dan yang lainnya Bebas
[image:41.595.144.508.319.548.2]
Gambar II.11
Tinjau suatu sumbu-sumbu koordinat seperti ditunjukkan pada gambar,
dimana kolom dalam kedudukan yang agak melengkung, menghasilkan momen
lentur pada suatu penampang melintang sebesar :
M = - P ( δ – y ) ( II.3.2.1a)
Dan persamaan differensial M = -EI �2�2 menjadi :
d
P P P
P
EI �2�
��2 = P (δ – y ) ( II.3.2.1b)
Karena ujung atas kolom adalah bebas, maka jelaslah bahwa tekuk pada
kolom akan terjadi pada bidang dengan kekakuan lengkungan terkecil, yang
dianggap merupakan bidang simetris.
Nilai EI yang terkecil ini digunakan dalam persamaan ( II.3.2.1b ) diatas dan
dengan memakai notasi sebelumnya yaitu :
k² = � ��
Kita dapat menuliskan persamaan dalam bentuk :
�2�
��2+ k²y = k² δ
Penyelesaian umum dari persamaan ini adalah :
Y = A cos kx + B sin kx + δ
Dimana A dan B adalah konstanta integrasi, yang ditentukan dari syarat-syarat ujung
jepit kolom yaitu :
Y = ��
��= 0 pada x = 0
Syarat-syarat ini dipenuhi jika :
A = - δ B = 0
Dan persamaan b menjadi :
Y = δ ( 1 – cos kx ) ( II.3.2.1c)
Sedang syarat pada ujung bebas kolom menghendaki bahwa
Yang memenuhi jika
δ cos kl = 0
Persamaan c menghendaki bahwa salah satu δ dan cos kl harus nol. Bila δ = 0, maka
lengkungan tidak ada. Bila cos kl = 0, kita akan memperoleh hubungan
Kl = ( 2n – 1 ) /2 ( II.3.2.1d)
Dimana n = 1, 2, 3,…… persamaan ini untuk menentukan nilai-nilai k sehubungan
dengan bentuk tekukan yang terjadi.
Nilai kl terkecil yang memenuhi persamaan ( II.3.2.1d) diperoleh dengan
mengambil n = 1, memberikan nilai beban kritis terkecil yaitu :
Kl = l ��
�� =
� 2
Atau
Pcr = � 2��
4�2 ( II.3.2.1e)
Besaran kx dalam persamaan ( II.3.2.1c) untuk kasus ini berubah-ubah dari 0
s/d /2, dan bentuk lengkungan seperti ditunjukkan pada gambar diatas.
Dengan mensubtitusikan n = 2, 3, . . . . kedalam persamaan ( II.3.2.1d), kita peroleh
hubungannya dengan nilai-nilai beban kritis sebagai berikut :
Pcr = 9� 2��
4�2 Pcr = 25�
2��
4�2
Besaran kx menurut persamaan (II.3.2.1c) dalam hal ini berubah dari 0 s/d
3/2, dari 0 s/d 5/2, . . . , dan hubungannya dengan kurva lengkungan pada gambar
(II.3.2.1c) dan gambar (II.3.2.1d). Untuk bentuk kurva lengkungan pada gambar
keadaan pada gambar (II.3.2.1d), diperlukan gaya sebesar dua puluh lima kali beban
kritis terkecil.
Bentuk-bentuk tekukan seperti itu hanya dapat terjadi pada batang yang
sangat ramping, dan dengan memasang penyokong pada titik peralihan untuk
mencegah lengkungan lateral. Sebaliknya bentuk tekukan ini adalah tidak stabil, dan
mempunyai arti praktis yang kecil, sebab struktur telah mengalami suatu lengkungan
yang besar pada saat beban mendekati nilai-nilai yang diberikan oleh persamaan
(II.3.2.1e).
[image:44.595.261.378.373.647.2]II.3.2.2 Kolom dengan Kedua Ujungnya berupa Sendi
Gambar II.12
Pada suatu kasus kolom dengan kedua ujungnya berupa sendi (gambar
II.3.2.2), tampak dari kesimetrisannya bahwa tiap setengah panjang batang adalah
P
P
x
y
0
d
.
1/2
mirip dengan batang pada gambar II.3.2.2. Karena itu beban kritis pada kasus ini
diperoleh dengan mensubtitusikan l/2 untuk besaran l dalam persamaan, yang
memberikan
Pcr = � 2��
4(12)2 =
�2��
�2 ( II.3.2.2a)
Kasus suatu batang dengan kedua ujung berupa sendi, mungkin dianggap
lebih sering dalam prakteknya dari yang lain. Kasus ini disebut “kasus dasar”
(fundamental case) dari tekuk batang yang prismatic.
[image:45.595.256.370.410.668.2]II.3.2.3 Kolom dengan Kedua Ujungnya Terjepit
Gambar II.13
Bila kedua ujung kolom berupa jepitan ( gambar II.3.2.3), maka ada
momen-P
P
L
terjadi. Momen-momen ujung dan gaya tekan aksial adalah ekivalen dengan
gaya-gaya P yang bekerja eksentris seperti ditunjukkan pada gambar. Titik-titik peralihan
ditempatkan dimana garis kerja gaya P memotong kurva lengkungan, sebab pada
titik-titik ini momen lentur adalah nol.
Titik-titik peralihan dan titik tengah bentang membagi batang atas empat bagian
yang sama, yang masing-masing mirip dengan batang pada gambar . oleh karena itu
beban kritis dalam kasus ini diperoleh dengan mensubtitusikan l/4 untuk besaran l, yaitu:
EI �2�
��2 + Py = Mo ( II.3.2.3a)
�2�
��2 + k 2
y = ��
�� ( II.3.2.3b)
dimana, k² = � ��
Penyelesaian dari persamaan ini adalah :
y = A sin kx + B cos kx + ��
� ( II.3.2.3c)
Dari syarat batas : �� �� = 0
y = 0 pada x = 0
y = 0 pada x = 0 didapat ;
B = - ��
� , dan A = 0
Sehingga :
y = ��
� (1−cos��) ( II.3.2.3d)
cos kl = 1.0 ( II.3.2.3e)
kl = 2π
Maka didapat :
Pcr = � 2��
II.3.2.4 Kolom dengan Kedua Uujung Terjepit tetapi salah satu dapat bergeser arah Lateral
[image:47.595.139.519.131.410.2]
Gambar II.14
Pada gambar II.3.2.4a tampak bahwa kolom bebas gerak arah lateral pada
ujung atas tetapi dikendalikan sedemikian rupa, sehingga garis singgung pada kurva
elastic tetap tegak. Dengan adanya titik peralihan pada pertengahan bentang (gambar
II.3.2.4b), beban kritis didapatkan dengan mensubtitusikan l/2 untuk l dalam
persamaan ( II.3.2.1e), dan dengan demikian dalam kasus ini juga berlaku rumus
(II.3.2.2a).
P
II.3.2.5 Kolom dengan ujung-ujung Terjepit dan Sendi
Gambar II.15
Kita tinjau suatu penampang mn sejauh x dari sendi, dan dengan lengkungan sebesar
y (gambar), memberikan momen lentur sebesar :
Mx = P.y + H0.x ( II.3.2.5a)
Dengan demikian persamaan menjadi :
EI �2�
��2 = -P.y – Ho.x ( II.3.2.5b)
Dan dengan bantuan notasi k² = P/EI, persamaan b dapat dituliskan dalam bentuk :
�2�
��2 + k²y = -
��
�� x ( II.3.2.5c)
Penyelesaian umum dari persamaan ini adalah :
Y = A cos kx + B sin kx - ��
� x ( II.3.2.5d)
P
P
L
m n
x
M
Ho
Ho
Dimana A dan B adalah konstanta integrasi, yang ditentukan dari syarat-syarat ujung
kolom yaitu :
Y = 0 pada x = 0 dan x = l
dy/dx = 0 pada x = l
Dari syarat ujung y = 0 pada x = 0 diperoleh A = 0. Untuk y = 0 pada x = l
memerlukan :
B = ���
� sin �� ( II.3.2.5e)
Sedang untuk dy/dx = 0 pada x = l memberikan :
Tg kl =kl ( II.3.2.5f)
Untuk memecahkan persamaan dipakai metoda grafis. Kurva-kurva pada gambar
menyatakan tg kl sebagai fungsi kl. Kurva-kurva ini menyinggung garis tegak kl =π
[image:49.595.165.478.415.644.2]/2, 3π/2,. . . . pada titik jauh tak terhingga ( secara asimtotis ).
Gambar II.16
Akar-akar persamaan ditunjukkan oleh titik perpotongan kurva dengan garis lurus y
= kl. Akar terkecil adalah absis dari koordinat titik A yaitu sebesar :
45°
3 /2
4.493
tg kl
tg kl
2 /2
5 /2
Kl = 4,493 radian
Yang memberikan nilai beban kritis sebesar
Pcr = 20
,19��
�2 =
�2��
(0,6991)2 ( II.3.2.5g)
Dalam setiap kasus yang telah diterangkan diatas, dianggap bahwa kolom
bebas tertekuk dalam suatu arah, maka jelaslah bahwa besaran EI menyatakan
kekakuan lengkung terkecil. Jika kolom dikekang sedemikian rupa, sehingga tekukan
hanya mungkin dalam satu bidang utama saja, maka EI menyatakan kekakuan
lengkung dalam bidang itu.
Dalam pembicaraan sebelumnya juga dianggap bahwa batang sangat
langsing, sehingga tegangan tekan terbesar yang terjadi selama tekukan masih
dibawah batas proporsional bahan. Hanya dibawah persyaratan-persyaratan inilah
rumus-rumus beban kritis diatas dapat berlaku. Untuk menentukan batas pemakaian
rumus-rumus ini, mari kita tinjau kasus dasar seperti yang telah disebutkan
sebelumnya. Dengan membagi beban kritis dari pers. Dengan luas penampang
melintang A, dan mengambil
r = ��
� ( II.3.2.5h)
Dimana r menyatakan jari-jari putaran, besar tegangan tekan kritis adalah
σcr = ���� = � 2�
(�
�)2
( II.3.2.5i)
Tegangan ini hanya tergantung pada besaran E dan rasio kelangsingan l/r.
Sebagai contoh, pada suatu struktur baja, batas proporsional 2100kg/cm² dan E = 2,1
x 106 kg/cmkg/cm², maka didapat nilai l/r terkecil dari pers. ( II.3.2.5i) sebesar 100.
Karenanya, beban kritis pada kolom dari bahan ini, yang bersendi pada kedua
Jika l/r lebih kecil dari 100, tegangan tekan sudah mencapai batas proporsional
sebelum terjadi tekukan, sehingga pers ( II.3.2.5) tidak berlaku.
Pers. ( II.3.2.5a) dapat dinyatakan secara grafis oleh kurva ACB pada gambar
(II.3.7), dimana tegangan kritis digambarkan sebagai fungsi l/r. Kurva mendekati
sumbu mendatar secara asimtot, dan tegangan kritis mendekati nol dengan
bertambahnya rasio kelangsingan. Kurva juga mendekati sumbu tegak secara asimtor
tetapi yang berlaku hanya sepanjang tegangan σcr yang masih dibawah batas
proportiona bahan. Kurva pada gambar digambarkan untuk struktur baja seperti yang
disebut diatas, dan titik C berhubungan dengan batas proportiona sebesar 2100
kg/cm². jadi hanya bagian BC dari kurva yang memenuhi.
Sekarang bandingkan kasus-kasus lain yang dinyatakan pada gambar
II.3.2.1a, II.3.2.3, II.3.2.5 , analog didapat rumus tegangan-tegangan kritis sebagai
berikut :
σcr = � 2�
(2�
�)2
σcr = � 2�
(�
2�)2
σcr = � 2�
(0,699�
[image:51.595.141.445.446.728.2]� )2
Gambar II.17
700 1400 2100
50 100 150 200 250
Tampak bahwa ketiga persamaan analog dengan pers.( II.3.2.5i), dimana
panjang l sebenarnya digantikan dengan panjang reduksi L. Dengan demikian dapat
dituliskan secara umum rumus tegangan sebagai berikut :
σcr = � 2�
(��)2 ( II.3.2.5i)
Dimana besaran L = 2l, l/2, atau 0,6991.
II.4 Panjang Efektif
Sejauh ini pembahasan mengenai kekuatan kolom mengasumsikan sendi
dimana tidak ada kekangan rotasional momen. Kekangan momen nol pada ujung
merupakan situasi paling lemah untuk batang tekan yang salah-satu ujungnya tidak
dapat bergerak transversal relative terhadap ujung yang lainnya. Untuk kolom
berujung sendi semacam ini, panjang ekivalen ujung sedu kL merupakan panjang L
sebenarnya, dengan demikian k = 1,0 seperti pada Gambar II.4. Panjang L ekivalen
berujung sendi disebut panjang efektif.
Untuk kebanyakan situasi nyata, kekangan momen pada ujung-ujung yang
ditahan seperti pada Gambar II.4. Dimana panjang efektif tereduksi dalam banyak
situasi, sangat sulit, atau bahkan tidak mungkin, untuk menilai secara tepat derajat
kekangan momen yang disumbangkan oleh batang-batang berdekatan yang mengikat
ke kolom, oleh pondasi setempat dan lapisan tanah dibawahnya dan interaksi penuh
semua batang dalam struktur rangka baja.
Baik apakah derajat ujung ditentukan dengan tepat atau tidak,desainer harus
memahami konsep tentang braced frame (goyangan dicegah dengan sabuk
Panjang efektif batang kolom pada suatu portal, bergantung pada jenis portal
yang ditinjau, yaitu portal bergoyang dan portal tidak bergoyang. Portal tak
bergoyang (yang disokong) adalah portal yang kestabilan lateralnya diberikan oleh
penyambung yang memadai ke penopang diagonal ke dinding geser, ke struktur di
dekatnya yang memiliki stabilitas lateral yang memadai, atau ke plat lantai atau
penutup atap yang diikat secara horizontal terhadap dinding atau dengan system
penopang yang sejajar dengan bidang portal. Atau dengan kaya lain portal tak
bergoyang didefenisikan sebagai portal yang tekuk bergoyangnya dicegah oleh
elemen penopang yang tidak termasuk rangka struktural itu sendiri. Faktor K untuk
portal bergoyang adalah 0<K<1.
Sedangkan portal tidak bergoyang (yang tidak disokong) adalah portal yang
kestabilan lateralnya bergantung pada kekakuan lentur balok dan kolom yang
disambung secara kaku. Faktor K untuk portal bergoyang adalah K>1.
Untuk kolom ideal dengan perletakan yang berbeda dapat dilihat pada
Garis terputus menunjukkan
diagram kolom tertekuk
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Nilai λ teoritis
0,5 0,7 1,0 1,0 2,0 2,0
Nilai λ yang dianjurkan untuk kolom
yang medekati kondisi idiil
0,65 0,80 1,2 1,0 2,10 2,0
Kode ujung
Jepit Sendi
Roll tanpa putaran sudut
[image:54.595.109.574.83.427.2]Ujung bebas
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
III.1 Pendahuluan
Secara umum pelaksanaan Tugas Akhir ini dibagi dalam beberapa tahapan
dari mulai persiapan sampai dengan pengambilan kesimpulan dan saran. Adapun
tahapan pelaksanaan penelitian tersebut adalah sebagai berikut :
III.2 Persiapan Penelitian
Besi yang diuji berupa batang profil berongga dengan diameter 40 mm ; tebal
Besi tersebut masing-masing diberi tapak sebagai dudukan dan bersifat bebas
karena tumpuan yang digunakan adalah sendi-sendi.
III.3 Pelaksanaan Pengujian
Pengujian dan pemeriksaan yang dilakukan pada besi tersebut mengacu
kepada metode pengujian di Uni Emirat Arab (2011) “ Pengujian Tekan Pada Baja
yang Berongga” (Sumber : Samer Barakat : Compression Test on Steel Tabular
Props).
III.4 Prosedur Pengujian
Pengujian dilakukan dengan menggunakan Hydraulic Jack dengan kapasitas
25 Ton untuk mendapatkan nilai beban kritis (Pkr). Benda uji diletakan secara
vertikal, lalu Jack diletakkan diatasnya. Kemudian tempatkan alat berupa dial yang
berhubung dengan jarum pengukur yang dapat menunjukkan pergerakan yang terjadi
sampai ketelitian 0,01 mm. Beban P secara bertahap ditambah besarnya lalu dicatat
besarnya perubahan yang terjadi pada batang.
Beban harus ditambah sampai didapat besarnya beban kritis. Untuk setiap
Gambar III.1
Keadaan Circular Hollow (Pipa) pada saat mengalami pembebanan
Gambar III.2
[image:57.595.118.516.428.676.2]BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN
IV.1 Analisa Tekuk
Suatu kolom yang mengalami pembebanan gaya tekan aksial di titik beratnya
akan mengalami tekuk dengan tiga kejadian yang berbeda yaitu tekuk lentur, tekuk
torsi dan kombinasi tekuk lentur dan tekuk torsi sekaligus sehingga dibutuhkan suatu
analisa untuk memperhatikan kejadian mana yang akan terjadi terlebih dahulu.
Dalam pembahasan ini penulis hanya akan menganalisa profil ketika
mencapai beban kritisnya profil akan mengalami tekuk lentur. Kejadian tersebut
dapat diperhatikan dengan menghitung besarnya beban kritis tekuk lentur ( Pcr ).
Batang tekan adalah elemen struktur yang mendukung gaya tekan aksial.
Batang tekan harus diupayakan agar terjamin stabilitasnya. Hal ini diperlihatkan pada
persamaan :
Pω
�
=
��
(IV.1a)Dimana :
�� = Tegangan dasar
P = Gaya tekan pada batang tersebut (kg)
A = Luas penampang (cm2)
� = Faktor tekuk yang tergantung dari kelangsingan ( λ ) dan jenis bajanya.
λ� = �� �
0,7.�� (IV.1b)
λ� = λλ
� (IV.1c)
Untuk : λ� ≤0,163 maka ω=1
Untuk : 0,183 < λ�< 1 maka ω= 1,41
1,593−λ�
Untuk : λ� ≥ 1 maka ω= 2,281 λ�
Berdasarkan PPBBI’84.
Adapun untuk mencari rumus kelangsingan pada batang tunggal dapat menggunakan
rumus berikut :
λ= Lk
imin (IV.1d)
Dimana :
λ= nilai kelangsingan, tergantung pada panjang tekuk (Lk) dan jari-jari kelembaman
(i).
Lk= Panjang tekuk ini juga tergantung pada keadaan ujung-ujungnya, apakah sendi,
jepit, bebas dan sebagainya. Panjang tekuk ini dapat dicari dengan menggunakan
tabel II.4.
imin = jari-jari kelembaman minimum batang (cm)
Karena batang-batang mempunyai dua jari-jari kelembaman, umumnya akan
dapat dipastikan bahwa bahaya tekuk hanya pada satu arah, maka diambil harga λ
untuk arah itu.
[image:60.595.232.406.222.368.2]IV.2 Kejadian akibat tekuk lentur
Gambar IV.1 Tekuk Lentur pada Kolom
Gambar IV.2 Tekuk Lentur Kolom pada kondisi Ujung Sendi-sendi
Mint – P.y = 0 (IV.2a)
Dari hubungan momen dengan kelengkungan didapat :
Mint = −��� 2�
[image:60.595.248.394.447.587.2]-EIy” – P.y = 0 (IV.2c)
EIy” + P.y = 0
y” + �
���= 0 ;
�
��dimisalkan �2
y” + k2y = 0 (IV.2d)
Jawaban umum persamaan differensial diatas :
y = A sin kx + B cos kx (IV.2e)
Dari syarat batas yang ada, y = 0 pada saat x = 0 dan x = L
Untuk x = 0 ; y = B = 0
Untuk x = L ; y = A sin kl = 0
Karena A ≠ 0 maka sin kl = 0
kl = nπ
�2 = �2π2
�2 (IV.2f)
Untuk n = 1
P = �2��
�2 (IV.2g)
IV.3 Analisa Benda Uji
IV.3.1 Analisa Pada Batang Berongga (Pipa)
Dari penampang dengan diameter 40 mm dan tebal 2 mm pada profil pipa,
maka
E = 2100000 kg/cm2
σy= 3600 kg/cm2
Untuk profil batang bulat berongga dengan L = 500 mm.
Untuk menghitung besarnya tekuk lentur yang terjadi maka inersia yang digunakan
adalah inersia minimum tau menekuk pada sumbu lemahnya
• A = 2,3864 cm2
• ��= σy
1,5 =
3600
1,5 = 2400 kg/cm
2
• Ix = Iy = 4,32 cm4
• imin = ���� = � 4
,32
2,3864 = 1,35 cm
• λ= Lk
imin =
50
1,35= 37,04
• λ� = �� �
0,7.�� = = ��
2,1�106
0,7.2400= 111,02
• λ� = λλ � =
37,04
111,02= 0,33
• Untuk 0,183 < λ�< 1 maka ω= 1,41
1,593−λ�
ω= 1,41
1,593−0,33= 1,12
• Px = ��ω� =2400
.2,3864
1,12 = 5115,44 kg
Dari perhitungan diatas dapat kita lihat hasil perhitungannya, yaitu :
• �� = 5115,44 kg
• �� = 5115,44 kg
IV.3.2 Analisa Pada Profil Siku
Dari penampang dengan ukuran 35.35.4 mm pada profil siku,
maka didapat
E = 2100000 kg/cm2
[image:63.595.253.384.353.492.2]σy= 3600 kg/cm2
Gambar IV.3 Penampang Profil Siku
Untuk profil siku dengan L = 500 mm.
Untuk menghitung besarnya tekuk lentur yang terjadi maka inersia yang digunakan
adalah inersia minimum tau menekuk pada sumbu lemahnya.
- Pada sumbu u-u
• A = 2,67 cm2
• ��= σy
1,5 =
3600
1,5 = 2400 kg/cm
2
• λ= Lik u =
50
1,33= 37,59
• λ� = �� �
0,7.2400 = = ��
2,1�106
0,7.2400= 111,02
• λ� = λλ � =
37,59
111,02= 0,34
• Untuk 0,183 < λ�< 1 maka ω= 1,41
1,593−λ�
ω= 1,41
1,593−0,34= 1,13
• Pu = ��ω� =2400
.2,67
1,13 = 5700,9 kg
- Pada sumbu v-v
• �� = 0,68 cm
• λ= Lk
iv =
50
0,68= 73,53
• λ� = �� �
0,7.�� = = ��
2,1�106
0,7.2400= 111,02
• λ� = λλ � =
73,53
111,02= 0,66
• Untuk 0,183 < λ�< 1 maka ω= 1,41
1,593−λ�
ω= 1,41
1,593−0,66= 1,52
• Pv = ��ω� =2400
.2,67
1,52 = 4229,7 kg
Dari perhitungan diatas dapat kita lihat hasil perhitungannya, yaitu :
• �� = 5700,9 ��
IV.4 Hasil Pengujian
IV.4.1 Hasil Pengujian Pada Batang Berongga
Beban (kg) Pembacaan dial ( x 0,01mm)
500 95
1000 119
1500 148
2000 178
2500 212
3000 242
3500 268
4000 289
4500 331
5000 377
5500 853
6000 944
6500 1230
y = -0,0049x2+ 11,276x + 364,96
R² = 0,8918
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
P
(kg)
[image:66.842.124.704.111.463.2]Pembacaan Dial (x 0,01 mm)
Grafik Pengujian Pada Batang Berongga
Pkr eksperimen = 5000 kg
IV.4.2 Hasil Pengujian Pada Profil Siku
Beban (kg) Pembacaan dial ( x 0,01mm)
250 123
500 265
750 305
1000 412
1250 466
1500 512
1750 569
2000 609
2250 663
2500 714
2750 742
3000 822
3250 872
3500 900
3750 938
4000 1018
4250 1475
4500 1590
4750 1714
y = -0,0016x2+ 6,0628x - 954,11
R² = 0,9728
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
P
(kg)
[image:68.842.86.714.111.438.2]Pembacaan Dial (x 0,01 mm)
Grafik Pengujian Pada Profil Siku
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Sesuai dengan hasil perhitungan yang dilakukan dalam menghitung besarnya
beban kritis untuk kolom dengan kondisi ujung sendi-sendi maka didapatkan
kesimpulan :
1. Kolom dengan penampang bulat berongga dan siku akan mengalami tekuk
lentur.
2. Dari perhitungan pada bab IV dapat disimpulkan bahwa Pkr yang diperoleh
pada perhitungan secara analisa lebih besar daripada yang terjadi saat
eksperimen.
Batang Berongga Pofil Siku
Pkr eksperimen 5000 kg 4000 kg
Pkr analisa 5115,44 kg 4229,7 kg
V.2 Saran
1. Untuk perhitungan yang lebih lanjut maka seharusnya juga di analisis kolom
yang mengalami beban kritis dengan kondisi ujung lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Chajes. Alexander, “Principles of Structural Stability Theory”, Departement
of Civil Engineering University of Massachusetts, 1974
Chen. W. F, “Structural Stability”, Departement of Civil Engineering
Syracuse University, 1987
Stephen P. Timoshenko, “Theory of Elastic Stability”, Mc Graw-Hill Book
Company, Inc, 1961
G. H. Ryder, “Strenght of Material”, Harper & Row Publisher, New York,
1972
Hans Ziegler, “Principles of Structural Stability”, Blaisdell Publishing
Company, 1968
Loa Wikarya Darmawan, Prof. Ir. , “Konstruksi Baja” jiid 2, Penerbit
Departemen Pekerjaan Umum