KOMPONEN STRUKTUR BAJA CONCRETE-FILLED STEEL TUBE (CFT) SEBAGAI INOVASI ALTERNATIF STRUKTUR KUDA-KUDA UNTUK BANGUNAN GEDUNG

(1)

KOMPONEN STRUKTUR BAJA

CONCRETE-FILLED STEEL TUBE

(CFT)

SEBAGAI INOVASI ALTERNATIF STRUKTUR KUDA-KUDA UNTUK

BANGUNAN GEDUNG

STEEL STRUCTURE COMPONENT WITH CONCRETE-FILLED STEEL TUBE AS AN ALTERNATIVE INNOVATION OF ROOF TRUSS STRUCTURE FOR BUILDINGS

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menempuh Ujian Sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Oleh

DIMAS ACHMAD AFFANDI MASYHAR

NIM I 0106050

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

Dimas Achmad A.M, 2012, Komponen Baja Concrete-Filled Steel Tube (CFT) Sebagai Inovasi Alternatif Struktur Kuda-Kuda Untuk Bangunan Gedung

Makalah ini menjelaskan mengenai penggunaan Steel Tube (ST) sebagai komponen struktur kuda-kuda, dengan mengelaborasi penggunaan komponen struktur Concrete-Filled Steel Tube (CFT) sebagai batang tekan kuda-kuda baja,dimana batang baja CFT dibentuk dari ST yang pada umumnya digunakan masyarakat sebagai material mebel, (iron furniture), kemudian diisi beton dan Steel tube (ST) sebagai batang tarik. Penelitian ini berawal dari permasalahan mengenai sering terjadinya kasus runtuhnya atap baja ringan sebagai akibat kegagalan struktur yang disebabkan belum adanya Standar Nasional Indonesia (SNI) yang mengatur mengenai perancangan struktur baja ringan. Berawal dari masalah tersebut memberi peluang untuk mencari alternatif pengganti struktur tersebut yaitu dengan Concrete-Filled Steel Tube (CFT). Analisa SAP 2000 versi 11 untuk membandingkan struktur rangka batang ST dan CFT memberikan hasil bahwa dengan pembebanan yang sama, defleksi yang terjadi pada struktur rangka batang CFT lebih kecil 20,08% dari defleksi yang terjadi pada struktur rangka batang ST.

(5)

Dimas Achmad A.M, 2012,The Structural Component of Concrete-Filled Steel Tube as an Alternative Innovation of Roof Trusses Structure for Buildings

This article explains about the use of Steel Tube (ST) as the structural component of trusses, by elaborating the structural component of Concrete-Filled Steel Tube (CFT) as the compressive beam for steel trusses, in which CFT beam is made of CFT used widely within the society as the furniture material (iron furniture), and then is filled in with concrete and Steel tube (ST) as impressive beam. This study departs from the problems concerning the light steel roof collapse case frequently occurring due to the structural failure because there has been no Indonesian National Standard (SNI) governing about the light steel structure design. Departing from this problem, an opportunity emerges to find the alternative structure, with Concrete-Filled Steel Tube (CFT). SAP 2000 version 11 analysis was carried out to compare the structure of ST and CFT beams frame providing that in the same loading, deflection occurring in the CFT beam frame structure is 20.08% less than that occurring in ST beam frame structure.

(6)

commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya,

sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi. Penyusunan skripsi ini sebagai

salah satu syarat memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Berkembangnya kemajuan zaman dan bertambahnya masalah terutama dalam bidang

konstruksi atap bangunan di dunia teknik sipil membuat mahasiswa harus memberikan

kontribusi dalam memberikan alternatif pilihan struktur atap bangunan. Penulis berharap

skripsi mengenai Struktur Baja Concrete-Filled Steel Tube (CFT) Sebagai Inovasi

Alternadtif Struktur Kuda-Kuda untuk Industri Perumahan ini dapat membantu dan

memberikan alternatif dalam menentukan konstruksi struktur atap yang stabil dan kuat,

sehingga dapat memberikan pengetahuan bagi penulis dan orang lain yang membacanya.

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Dr.Ir.Agus P.Rahmadi, MSCE selaku Dosen Pembimbing Skripsi dan Dosen

Pembimbing Akademik.

2. S.A.Kristiawan, ST, M.Sc, Ph D selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Wibowo, ST, DEA dan Achmad Basuki, ST, MT selaku Dosen Penguji Sidang

Pendadaran.

4. (Almarhum) Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan dukungan dan doa bagi

penulis.

5. Teman-teman angkatan 2006 (Rieda, Mas Winda, Edo Maharu, Doni) yang telah

membantu dalam Penelitian ini.

Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis

mengharap kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan

penelitian yang akan datang.

Surakarta, Februari 2012

(7)

commit to user

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

LEMBAR MOTTO ... iv

LEMBAR PERSEMBAHAN ... v

ABSTRAK ... vi 2.1. Tinjauan Pustaka ... 5

2.1.1. Umum ... 5

2.2.3. Batas Berlaku Persamaan Euler ... 19

2.2.4. Keadaan Pasca Tekuk ... 20

(8)

commit to user

x

2.2.6. Sifat Beton ... 25

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Tinjauan Umum ... 27

3.1.1. Metode Penelitian... 27

3.1.2. Benda Uji Penelitian ... 27

3.1.3. Variabel yang digunakan ... 27

3.2. Tahapan Penelitian ... 28

3.3. Peralatan Penelitian ... 29

3.4. Diagram Alir Penelitian ... 33

BAB 4 ANALISA HASIL PENGUJIAN BENDA UJI 4.1. Pengujian Sifat Material ... 35

4.1.1. Pengujian Kuat Tekan Beton ... 35

4.1.2. Pengujian Modulus Elastisitas Beton ... 36

4.1.3. Pengujian Kuat Tekan Steel Tube (ST) ... 39

4.1.4. Pengujian Kuat Tekan Concrete-Filled Steel Tube (CFT) .... 40

4.1.5. Pengujian Modulus Elastisitas Steel Tube (ST) ... 41

4.1.6. Pengujian Modulus Elastisitas CFT ... 42

4.1.5. Pengujian Tarik Steel Tube (ST) ... 43

4.2. Faktor Koreksi Modulus ... 44

4.3. Pengujian Tekuk ... 46

4.3.1. Pengujian Tekuk ST dan CFT ... 46

4.4. Pembahasan Pengujian Tekuk ... 48

4.5. Analisis Simulasi Pembebanan Kuda-Kuda dengan Progran SAP 2000 Versi 11 ... 50

4.5.1. Analisis Pembebanan Kuda-Kuda Aksial Tekan pada Ujung Kuda-Kuda ... 50

(9)

commit to user

xi

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ... 70

5.2. Saran ... 70

DAFTAR PUSTAKA ... 72

(10)

commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kondisi Tekuk Berdasar Jenis Tumpuan Ujung ... 14

Tabel 2.2. Tegangan Leleh Baja Struktural berdasar Mutu Baja ... 24

Tabel 4.1.Pengujian Kuat Tekan Terhadap 3 Sampel Silinder Beton ... 35

Tabel 4.2. Data Perhitungan Modulus Elastisitas Beton Sampel 1 ... 37

Tabel 4.5. Data Modulus Elastisitas Beton ... 39

Tabel 4.6. Tabel Hasil Pengujian Kuat Tekan Steel Tube ... 40

Tabel 4.7. Tabel Hasil Pengujian Kuat Tekan Concrete-Filled Steel Tube ... 40

Tabel 4.8. Tabel Perhitungan Tegangan-Regangan Steel Tube ... 41

Tabel 4.9. Tabel Perhitungan Modulus Elastisitas Steel Tube ... 41

Tabel 4.10. Tabel Perhitungan Tegangan-Regangan Concrete- Filled Steel Tube ... 42

Tabel 4.11. Tabel Perhitungan Modulus Elastisitas Concrete- Filled Steel Tube ... 43

Tabel 4.12. Hasil Pengujian Tarik Steel Tube ... 44

Tabel 4.13. Perbandingan Modulus Elastisitas CFT Hasil Analisis dengan Hasil Empiris.. ... 46

Tabel 4.14. Variasi Panjang Benda Uji ... 46

Tabel 4.15. Pengujian Tekan Pada Masing-Masing Sampel ... 47

Tabel 4.16. Nilai Beban Kritis Hasil Pengujian Tekan Masing- Masing Sampel ... 49

Tabel 4.17. Nilai Sifat Material Concrete dan Steel ... 50

Tabel 4.18. Perbandingan Nilai Defleksi ( ) ST dan CFT ... 55

Tabel 4.19. Beban Tekan Maksimum Untuk Batang ST dan Batang CFT ... 55

Tabel 4.20. Rekapitulasi Gaya Batang dengan Variasi Pembebanan untuk Struktur Rangka Batang ST ... 57

(11)

commit to user

xiii

Tabel 4.22. Perbandingan Gaya Batang yang diijinkan dengan

Gaya Batang yang Terjadi untuk Kuda-Kuda ST ... 59

Tabel 4.23. Perbandingan Gaya Batang yang diijinkan dengan Gaya Batang yang Terjadi untuk Kuda-Kuda CFT... 60

Tabel 4.24. Berat Penutup Atap masing-masing titik buhul... 62

Tabel 4.25. Berat Gording masing-masing titik buhul...62

Tabel 4.26. Berat Plafond masing-masing titik buhul...63

Tabel 4.27. Beban Air Hujan dan Beban Pekerja masing-masing titik buhul...64

Tabel 4.28. Beban Angin masing-masing titik buhul...66

Tabel 4.29. Penguraian Beban Angin terhadap sumbu vertikal dan sumbu horisontal masing-masing titik buhul...67

Tabel 4.30. Defleksi yang terjadi pada kuda-kuda ST dan CFT (Joint Displacement)...68

(12)

commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Keseimbangan Stabil dan tidak stabil ... 10

Gambar 2.2. Keseimbangan dinamis dan statis ... 11

Gambar 2.3. Konsep Stabilitas ... 12

Gambar 2.4. Konsep Batang Tertekuk ... 13

Gambar 3.1. Penggunaan Gerinda Tangan ... 29

Gambar 3.2. Penggunaan Mesin Cut Off ... 30

Gambar 3.3. Kondisi Loading Frame untuk Pengujian Tekan ... 30

Gambar 3.4. Kondisi Hidraulic Jack merk Hi-Force ... 31

Gambar 3.5. load cell dan Transducer Indicator ... 31

Gambar 3.6. Penggunaan Dial Indicator ... 32

Gambar 3.7. Diagram Alir Penelitian ... 33

Gambar 4.1. Pengujian Kuat Desak Beton dengan Mesin UTM ... 35

Gambar 4.2. Pengujian Modulus Elastisitas Beton ... 37

Gambar 4.3. Pengujian Kuat Tekan Steel Tube dengan Mesin UTM ... 40

Gambar 4.4.Sampel Steel Tube Pengujian Tarik ... 43

Gambar 4.5. Kondisi Pembebanan Tekan Pada Pengujian Tekuk ... 47

Gambar 4.6. Batang Steel Tube Mengalami Tekuk Lokal ... 48

Gambar 4.7. Diagram Alir Analisis SAP 2000 Versi 11 ... 50

Gambar 4.8. Desain Truss jenis Fink Bentang 6 meter ... 52

Gambar 4.9. Tampilan Material Property Data Concrete dan Steel ... 53

Gambar 4.10. Kuda-Kuda ST ... 53

Gambar 4.11. Kuda-Kuda CFT ... 54

Gambar 4.12. Pembebanan Titik pada Kuda-Kuda ... 54

Gambar 4.13. Posisi Gaya Batang Nomor 18,19,20,21 ... 59

Gambar 4.14. Posisi Gaya Batang Nomor 44,45,46 ... 60

Gambar 4.15. Pembebanan Mati (Dead Loads) ... 67

Gambar 4.16. Pembebanan Hidup (Live Loads) ... 67

Gambar 4.17. Pembebanan Angin Kiri (wind Left) ... 67

(13)

commit to user

xv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1. Jangkauan Kekuatan Kolom Terhadap Angka Kelangsingan ... 18

Grafik 2.2. Hubungan Kekuatan Kolom Terhadap Angka Kelangsingan Untuk menentukan Euler Berdasar Panjang Batang... 18

Grafik 2.3. Bifurkasi dan Divergensi... 20

Grafik 4.1. Hubungan Regangan-Tegangan ... 36

Grafik 4.2. Hubungan Regangan-Tegangan Beton Sampel 1 ... 37

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah penduduk di Indonesia yang sangat pesat mengakibatkan

peningkatan jumlah kebutuhan tempat tinggal atau perumahan. Sebagian

masyarakat masih memiliki pemikiran konvensional, membangun rumah tempat

tinggal menggunakan bahan dasar kayu untuk beberapa komponen struktur. Salah

satunya struktur atap terutama pada konstruksi kuda-kuda. Kondisi saat ini pola

penggunaan kayu untuk bahan konstruksi harus mulai dikurangi mengingat

beberapa kondisi alam yang terjadi akhir-akhir ini akibat penebangan hutan.

Pemberitaan Antara News 70% dari luas daratan Indonesia adalah kawasan hutan

atau sekitar 130 juta Ha. Dari jumlah tersebut,43 juta Ha merupakan hutan primer

atau sekitar 42%. Namun kondisi saat ini 42 juta Ha sudah tak berhutan lagi alias

gundul karena penebangan. Sehingga mulai sekarang ini perlu pembatasan

penebangan hutan. Hal ini perlu dilakukan untuk mengurangi efek pemanasan

global (global warming). Akibat dari pembatasan penebangan hutan tersebut, ketersediaan kayu di pasaran mulai langka dan kalaupun ada maka harganya

relatif lebih tinggi dari harga normalnya.

Kondisi tersebut menyebabkan sebagian kalangan mulai beralih menggunakan

baja ringan sebagai konstruksi rangka atap. Banyak merk dan produsen baja

ringan menawarkan dengan berbagai keuntungan untuk menarik konsumen agar

beralih menggunakan baja ringan. Beberapa keunggulan dari baja ringan

dibandingkan kayu yaitu : baja ringan ditawarkan dengan harga lebih murah

berkisar Rp.140.000-Rp.200.000/m2, baja ringan beratnya sekitar 9-10 kg/m2 lebih

ringan daripada kayu 15-18 kg/m2, cara pemasangan relatif lebih cepat dan mudah

(15)

Kenyataan di lapangan menunjukkan banyaknya fenomena kegagalan sistem atap

baja ringan berupa runtuh atau ambruknya atap yang terbuat dari baja ringan

karena tidak ada peraturan yang mengatur secara khusus tentang keberadaan

konstruksi baja ringan, dalam hal ini Standar Nasional Indonesia (SNI).

Kegagalan sistem atap baja ringan bukan kebetulan semata, karena sering

dijumpai bangunan runtuh setelah dibangun atau direnovasi yang menggunakan

atap baja ringan. Hal ini menjadi bom waktu bagi para pemilik bangunan yang

atapnya terbuat dari baja ringan.

Keruntuhan sistem atap baja ringan menurut Dr.Ir.Agus P.Rahmadi,MT diduga

akibat profil baja ringan sendiri yang menggunakan profil jenis penampang

terbuka (open section). Penggunaan material baja ringan open section memberi pengaruh besar terhadap kegagalan sistem baja ringan. Penampang open section memiliki pengertian bahwa penampang tersebut terbuka (profil C dan profil Z)

sehingga tegangan maksimum yang terjadi meningkat hampir 70 kali lipat jika

dibandingkan dengan penampang closed section.

Berawal dari permasalahan tersebut lahir sebuah ide untuk mencari solusi

alternatif pengganti baja ringan yang lebih stabil. Akhirnya memilih material yang

mudah diperoleh di pasaran dan memiliki harga yang relatif murah yaitu baja

non-struktural yang pada masyarakat umum biasa digunakan untuk bahan mebeler atau

pagar rumah.

Penelitian ini mengangkat topik penggunaan tabung baja persegi non-struktural

(Steel Tube) atau yang disingkat ST untuk komponen utama struktur rangka batang dan selanjutnya mengkombinasikan beton diisikan ke dalam baja tabung

(Concrete-Filled Steel Tube) atau yang disingkat CFT untuk menaikkan kaspasitas pikul beban material.

(16)

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang muncul sebagai berikut :

1. Bagaimana modus kegagalan batang tekan yang terjadi pada sampel Steel Tube dan Concrete-Filled Steel Tube?

2. Bagaimana pengaruh pengisian beton pada Concrete-Filled Steel Tube dibandingkan Steel Tube?

3. Apakah material baja non-struktural dapat digunakan sebagai komponen

utama struktur rangka batang (truss)?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk :

1. Merancang suatu struktur rangka batang (truss) menggunakan baja non-struktural sebagai komponen utama struktur.

2. Mengetahui batas kekuatan tekan masing-masing elemen batang tekan

berdasar uji tekan laboratorium, selanjutnya menentukan jenis keruntuhan

batang tekan.

3. Memberikan pengetahuan mengenai pengaruh akibat pengisian beton ke

dalam Steel tube.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini antara lain :

1. Memberikan gambaran mengenai perancangan komposit baja

non-struktural berisi beton (concrete-filled steel tube).

(17)

1.5. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini bertujuan agar penelitian dapat terarah

sesuai dengan tujuan penelitian yang telah ditetapkan.Batasan-batasan masalah

dalam penelitian ini antara lain :

1. Kuda-kuda dirancang dengan menggunakan struktur rangka batang (truss) dengan bentang 6 m dan sudut kemiringan 25˚.

2. Struktur rangka pada penelitian ini menggunakan model dengan perletakan

sendi-rol.

3. Struktur rangka merupakan struktur statis tertentu.

4. Baja yang digunakan adalah baja furniture (non struktural), metode

concrete-filled steel tube.

5. Jenis baja adalah baja tabung persegi dimensi 40 mm x 40 mm dengan

ketebalan ± 1,4 mm.

6. Cara pengisian beton dilakukan ke dalam tabung baja untuk batang tekan.

7. Beban yang bekerja adalah beban aksial tekan

8. Analisis 2 dimensi menggunakan SAP 2000

9. Uji pembebanan dilakukan secara bertahap dan akan dihentikan apabila

salah satu batang mengalami keruntuhan, sehingga beban yang bekerja

pada saat runtuh dianggap beban maksimum dan simpangan yang terjadi

merupakan tekuk maksimum.

10.Tekuk yang diperhitungkan dalam penelitian ini adalah tekuk global.

11.Susut dalam sifat beton yang menjadi pengisi baja tidak diperhitungkan

atau dibahas secara mendetail.

12.Sambungan yang digunakan kuda-kuda pada proses simulasi pembebanan

dengan menggunakan program SAP 2000 versi 11 dianggap aman sampai

mencapai beban kritis tertentu karena dalam penelitian ini tidak

(18)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

2.1.1. Umum

Perencanaan suatu struktur dengan material komponen baru harus memiliki tujuan

yang jelas agar dapat memenuhi persyaratan fungsi (functional requirement), persyaratan ekonomis (economical requirement) dan persyaratan keindahan (aesthetical requirement). Ditinjau dari segi konstruksi perencanaan harus memenuhi 3 syarat yaitu aman, kuat, dan stabil.(Novianto Budi Nugroho,2008).

Rangka batang merupakan susunan elemen-elemen linier yang membentuk

segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak

dapat berubah bentuk bila diberi beban eksternal tanpa adanya perubahan bentuk

pada satu atau lebih batangnya. Setiap elemen tersebut dianggap tergabung pada

titik hubungnya dengan sambungan sendi, sedangkan batang-batang tersebut

dihubungkan sedemikian rupa sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi

pada titik hubung.

Prinsip yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai struktur pemikul

beban adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan

bentuk stabil. Pada bentuk segiempat atau bujursangkar apabila dibebani maka

akan terjadi deformasi masif dan menyebabkan struktur tidak stabil. Berbeda

halnya dengan konfigurasi segitiga yang tidak dapat berubah bentuk atau runtuh,

sehingga dapat dikatakan bahwa bentuk tersebut stabil. (Dian Ariestadi,2008)

Rangka batang baja umumnya merupakan struktur yang dibangun dari

anggota-anggota individual yang secara bersama membentuk suatu rangka segitiga. Titik

hubung bisa baut, las, atau dipasak. Tapi dalam pembahasan sekarang ini titik

hubung diandaikan berfungsi sebagai sendi-sendi licin, dengan demikian

(19)

tidak ditujukan untuk mengalami lenturan karena ujung-ujungnya dianggap

sebagai sendi. Beban hanya bekerja pada titik-titk hubungnya. Pada tiap-tiap titik

hubung garis sumbu dan garis kerja masing-masing harus bertemu pada satu titik.

Sebenarnya pada batang tekan maupun batang tarik ada juga gaya lintang dan

momen, tetapi gaya lintang dan momen yang bisa timbul menjadi 20 % dari gaya

batang yang diperhitungkan, maka pada umumnya boleh diabaikan saja. (Frick,

Heinz, 1978)

Sambungan dapat dilakukan dengan las, baut, ataupun paku keling yang

kemungkinan akan memberikan pengaruh sekunder karena garis berat alat

sambung umumnya tidak selalu berhimpit secara tepat dengan garis berat batang.

Eksentrisitas alat sambung ataupun tidak sempurnanya garis berat bertemu pada

titik buhul, memberikan efek sekunder yang bersifat lokal, namun lazimnya cukup

kecil dan dapat diabaikan dalam praktek. (Binsar Hariandja, 1996)

Dalam membentuk batang tersusun diperlukan penghubung berupa plat atau

batang. Penghubung berfungsi menahan gaya lintang sepanjang kolom sehingga

batang tersusun dapat bekerja sebagai satu kesatuan dalam mendukung beban.

Batang-batang susun dapat disusun melintang, transversal, diagonal atau

kombinasi keduanya. (Padosbajoyo, 1991)

2.1.2. Stabilitas Rangka

Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai struktur

pemikul adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang

menghasilkan bentuk stabil. Hal ini mengakibatkan konfigurasi segitiga pada

batang-batang dan sudut yang terbentuk di antara dua batang tidak akan berubah

meskipun struktur stabil tersebut dibebani. (Scholdek, L.D, 1999)

Struktur rangka batang (truss) terdiri dari tiga elemen batang, yaitu batang tekan, batang tarik dan batang netral. Rangka batang merupakan struktur yang terbangun

dari anggota-anggota elemen yang secara bersamaan membentuk suatu rangka

segitiga. Penyusunan elemen yang menjadikan konfigurasi segitiga akan

(20)

dan sudut yang terbentuk antara dua batng yang berimpit tidak akan berubah

meskipun struktur tersebut dibebani dari segala arah. Keadaan umum konstruksi

rangka sederhana yang diatur sedemikian sehingga batang membagi bidang

struktur menjadi berbentuk segiempat, tetapi kondisi tersebut memungkinkan

ketidakstabilan. Bangunan dengan bentuk struktur tersebut hanya akan stabil jika

memikul beban yang sangat khusus sebagai contoh gaya vertikal yang langsung

diterima batang kemudian diteruskan ke perletakan.

Syarat untuk suatu konstruksi rangka batang menjadi statis tertentu adalah dengan

menentukan reaksi tumpuan dan gaya batang masing-masing dengan syarat

keseimbangan. Suatu konstruksi dengan jumlah titik simpul (k) akan mempunyai dua kali ketentuan keseimbangan untuk menentukan gaya batang (s) masing-masing dan reaksi tumpuan (a) masing-masing, Frick Heinz menemukan persamaan :

Efek dari beban eksternal menyebabkan keadaan tarik murni atau tekan murni

pada setiap batang. Batang tarik merupakan batang yang menerima beban tarik

aksial pada ujung-ujung elemen, sedangkan batang tekan merupakan batang yang

menerima beban tekan aksial. Untuk batang tekan kemungkinan keruntuhan yang

terjadi disebabkan karena keruntuhan tekuk (buckling) akibat pengaruh batang panjang yang menerima gaya tekan. Hal itu disebabkan kapasitas beban batang

tekan berbanding terbalik dengan kuadrat panjang batang. Gaya tarik atau tekan

ini dapat timbul pada setiap batang dan mungkin saja terjadi pola bergantian

antara tarik dan desak.

2.1.3. Concrete-Filled Steel Tube (CFT)

Nilai kekuatan ikatan antara baja dan beton pada struktur Concrete-Filled Steel Tube (ICST) bervariasi sekitar 0,4-1,0 MPa. Peneliti menyimpulkan bahwa ikatan tersebut tidak berhubungan dengan umur, kekuatan beton, panjang interface atau

diameter tabung melainkan mikro-makro penguncian dan kekasaran permukaan

baja. Peneliti mengusulkan kekuatan ikatan baja-beton sebesar 1 MPa untuk

(21)

Perilaku tabung baja diisi beton, hasil eksperimen menunjukkan bahwa beton

pengisi dapat menunda terjadinya tekuk dari tabung baja dan meningkatkan sifat

daktililasnya. Perbandingan eksperimen dengan hasil prediksi yang ditentukan

berdasarkan metode yang mendukung menunjukkan bahwa kapasitas beban aksial

hasil perhitungan prediksi mencakup hasil kapasitas beban (kekuatan tinggi baja

tabung diisi beton) memiliki tingkat akurasi 85 % terhadap kuat tekan baja tabung

diisi beton. Eksperimen ini menunjukkan bahwa daktilitas kelengkungan balok

kolom-kekuatan tinggi menurun secara signifikan dengan peningkatan beban

aksial atau rasio b / t (lebar/ketebalan) tabung baja. (A. H. Varma ; J. M. Ricles ;

R. Sause ; B. K. Hull ; and L. W. Lu, 2000)

Tabung diisi beton adalah anggota struktural komposit yang terdiri dari tabung

baja dan beton pengisi. Komposit struktur ini mengoptimalkan kontribusi kedua

komponen dengan meningkatkan efisiensi geometris mereka dan menggabungkan

kekuatan yang melekat dari keduanya. Dinding pengisi beton dibatasi oleh tabung

baja, sehingga dalam keadaan triaksial kompresi dapat meningkatkan kekuatan

dan kapasitas regangan beton. Pengisian beton pada baja perimeter secara

optimal, dapat menunda terjadinya local-global buckling tabung. Struktur ini mudah dan cepat dibangun dan menghasilkan kompresi yang signifikan.(Charles

W. Roeder, Dawn E. Lehman, Erik Bishop, 2010)

Penggunaan tabung baja yang diisi beton dalam berbagai bidang konstruksi tidak

hanya memberi solusi yang menarik, tetapi juga menyediakan peningkatan beban

daya dukung tinggi, menghemat anggaran biaya dan menyajikan konstruksi yang

cepat. Penggunaannya dalam bangunan bertingkat telah meningkat dalam

beberapa tahun terakhir karena manfaat kapasitas yang mampu memikul beban

yang besar untuk penampang yang relatif lebih diperkecil.

Penggunakan pengekangan dalam bentuk tabung baja dapat meningkatkan

daktilitas dari kondisi normal atau menjaga kekakuan beton. Bekisting atau

penguatan beton terutama bagian permukaan untuk menjaga dari bentuk

permukaan beton dan mengurangi abrasi permukaan. Tekuk lokal yang terjadi

pada bagian dinding baja yang relatif lebih tipis dapat ditunda atau dicegah,

(22)

Keuntungan dari tabung baja diisi beton Concrete-Filled Steel Tube (CFT), antara lain:

1. Menggabungkan sifat kekakuan material baja dan sifat tekan beton sehingga

memperoleh kekuatan yang lebih besar dan lebih kaku.

2. Pengikatan beton ke dalam baja meningkatkan kekuatan beton.

3. mengurangi ukuran penampang batang yang diperlukan.

4. tabung baja selain sebagai fungsi struktur, menjadi bekisting permanen untuk

beton.

5. Tahan gempa karena keuletan yang tinggi dan sifat menyerap enegi.

Kekurangan utama adalah degradasi sifat baja ketika terkena api, tetapi

elemen-elemen ini mungkin dilindungi oleh penyemprotan retardants api ke permukaan

luar tabung baja atau dengan eternit menggunakan dan isolasi rock wol. Selain itu,

kapasitas dukung beban di bawah api dapat ditingkatkan dengan menggunakan

batang tulangan internal.

2.1.3. Desain Struktur Rangka Batang

Aspek-aspek yang perlu diperhatikan dalam mendesain struktur rangka batang

adalah konfigurasi eksternal, pola segitiga, penggunaan material dan cara

mendesain. Efisiensi struktural perlu diperhatikan untuk meminimalkan jumlah

bahan yang digunakan.

Apabila bahan dan ukuran penampang melintang telah ditentukan maka yang

perlu menjadi perhatian khusus adalah mengenai gaya batang. Batang yang hanya

memikul gaya tarik atau batang tarik dapat direncanakan terhadap penampang

melintang yang lebih kecil daripada batang yang memikul gaya tekan atau batang

tekan yang besarnya sama. Batang tarik membutuhkan luas penampang yang

diperlukan sama dengan gaya tarik dibagi tegangan ijin. Batang tekan perlu

diperhitungkan secara mendalam karena adanya efek keruntuhan tekuk (buckling) yang akan terjadi jika batang yang terlalu panjang memikul gaya tekan. Batang

tekan yang panjang memiliki kapasitas pikul beban batang tekan berbanding

(23)

Teori tersebut untuk mendesain suatu struktur rangka batang agar memiliki lebih

banyak batang yang memikul gaya tarik atau apabila terdapat batang tekan maka

sebisa mungkin menggunakan batang tekan yang pendek untuk menghindari

terjadinya tekuk.

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Analisa Batang

Batang yang menyusun sebuah struktur dikategorikan ke dalam dua jenis batang

berdasarkan panjangnya yaitu batang pendek dan batang panjang. Batang pendek

diartikan sebagai jenis batang yang kegagalannya berupa kegagalan material

(ditentukan oleh kekuatan material), dapat juga dikatakan bahwa batang pendek

adalah elemen struktur batang yang mempunyai nilai perbandingan antara

panjangnya dengan dimensi penampang melintang relatif kecil. Sedangkan batang

panjang adalah batang yang kegagalannya ditentukan oleh tekuk (buckling), jadi kegalannya karena ketidakstabilan (Instability), bukan karena kekuatan. Dengan kata lain elemen struktur tekan yang semakin panjang akan semakin langsing yang

disebabkan oleh proporsinya, hal ini pun merupakan definisi dari batang panjang.

2.2.2. Tekuk Kolom (Buckling)

Masalah stabilitas struktur yang paling klasik adalah masalah tekuk kolom.

Bahaya tekuk timbul jika kolom diberi gangguan kecil pada arah lateral.

Keseimbangan kolom tersebut dapat diilustrasikan sebagai dua bola yang terletak

pada puncak dan lembah sebuah gelombang.

Gambar 2.1. Keseimbangan Stabil dan tidak stabil

a

(24)

Bola (a) yang terletak pada puncak akan tergelincir akibat gangguan kecil, tapi

bola (b) tetap stabil dan kembali pada posisi semula setelah gangguan kecil. Tanpa

gangguan kecil kedua bola tetap pada posisi seimbang.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa stabilitas adalah ukuran yang

menyatakan apakah dapat terjadi perubahan posisi dari seimbang menjadi tidak

seimbang. Sedangkan kesimbangan menyatakan apakah terjadi perpindahan atau

tidak. Jadi fenomena stabil dan tidak stabil berbeda dengan fenomena seimbang

dan tidak seimbang. Jika seimbang dan tidak seimbang disebut fenomena

stabilitas statik maka masalah teknik dan tidak tertekuk disebut fenomena

stabilitas geometri. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.2

Gambar 2.2. Keseimbangan dinamis dan statis

Gambar 2 (a) adalah keadaan seimbang dinamik dan tidak seimbang statik. Dan

Gambar 2 (b) adalh keadaan seimbang statik dan dinamik. Keadaan seimbang

statik terdiri dari seimbang netral, seimbang tidak stabil dan seimbang stabil.

Batas kemampuan batang untuk memikul beban tekan sangat bergantung pada

panjang dan dimensi melintang penampang, selain itu juga sangat dipengaruhi

sifat material yang digunakan.(Dewi, Sri Murni, dkk, 2007)

Konsep stabilitas sering dijelaskan dengan mempertimbangkan pada

kesetimbangan bola dalam 3 posisi. Posisi pertama (a) jika bola mendapatkan

sedikit gaya yang bekerja pada bola tersebut maka bola akan bergerak sebagai

bentuk reaksi dari gaya yang ditimbulkan. Tetapi jika gaya tersebut dihilangkan

maka posisi bola akan kembali ke posisi semula. Kondisi tersebut dikatakan

sebagai kesetimbangan yang stabil. Sebagai perbandingan, jika bola dalam posisi

(25)

bergerak lebih jauh dari posisi semula meskipun gaya yang bekerja dihilangkan

dan tidak akan kembali ke posisi semula. Kondisi tersebut merupakan

kesetimbangan yang tidak stabil. Pada posisi ketiga (c) bola mendapatkan gaya

maka akan bergerak ketika bola tersebut mendapatkan gaya, sedangkan jika gaya

dihilangkan maka bola tersebut akan diam. Kondisi tersebut disebut sebagai

kesetimbangan netral.

Gambar 2.3. Konsep Stabilitas

Akibat karakteristik ketidakstabilan tersebut akan terjadi perubahan geometri yang

dihasilkan oleh kehilangan kemampuan memikul beban tersebut. Apabila beban P

< Pcr, maka kondisi struktur masih berada dalam keadaan stabil, dan sebaliknya

jika P > Pcr maka struktur berada pada kondisi tidak stabil. Nilai Pcr adalah suatu

nilai yang menjadi batasan kondisi struktur stabil atau tidak stabil. Apabila

penerapan beban melebihi Pcr, maka struktur akan mengikuti pola keruntuhannya

dan tidak dapat kembali lagi pada kondisinya semula, dengan kata lain telah

terjadi perubahan geometri dan sifat tegangan regangan bahan tersebut. Masalah

ini menjadi isyarat bagi perencana struktur untuk diterapkan selain pertimbangan

tercapainya kekuatan, kekakuan juga harus mempertimbangkan kondisi

(26)

P

Apabila kolom mengalami

defleksi kecil, masih dimungkinkan kembali ke konfigurasi semula apabila bebannya dihilangkan.(kondisi elastic).

Apabila kolom mengalami defleksi linier, maka akan tetap pada konfigurasi baru meskipun beban dihilangkan.

Kolom akan terus terdeformasi pada pembebanan konstan sampai mencapai keruntuhan total.

Sumber : Schodek Daniel L. Struktur, Cetakan Pertama

Tekuk adalah suatu ragam kegagalan yang diakibatkan oleh ketidakstabilan suatu

elemen struktur yang dipengaruhi oleh aksi beban. Saat kondisi tekuk terjadi,

tingkat gaya internal yang timbul sebagai reaksi pembebanan dapat sangat rendah.

Kondisi tekuk berkaitan dengan kekakuan elemen struktur, sehingga dapat

dikatakan bahwa suatu elemen yang mempunyai kekakuan yang kecil lebih

mudah mengalami tekuk dibandingkan elemen yang kekakuannya besar. Semakin

langsing suatu elemen struktur, semakin kecil kekakuannya.

(27)

Banyak faktor yang mempengaruhi beban tekuk atau beban kritis (Pcr) antara lain

panjang kolom, perletakan kedua ujung kolom, dimensi dan bentuk penampang

kolom. Kemampuan pikul beban kolom berbanding terbalik dengan kuadrat

penampang kolom. Selain itu,faktor lain yang menentukan nilai Pcr adalah yang

berhubungan dengan karakteristik kekakuan elemen struktur (jenis material,

bentuk serta dimensi penampang). Kolom cenderung menekuk ke arah sumbu

terlemah. Tetapi, elemen tersebut dapat juga mempunyai kekakuan cukup pada

sumbu lainnya untuk menahan tekuk. Dengan demikian, kapasitas pikul beban

elemen tekan bergantung juga pada bentuk dan dimensi penampang. Ukuran

penampang ini pada umumnya dapat dinyatakan dengan momen inersia (I).

Faktor lain yang sangat penting dalam mempengaruhi besarnya beban tekuk Pcr

adalah kondisi ujung elemen struktur. Apabila ujung-ujung suatu kolom bebas

berotasi, kolom tersebut mempunyai kemampuan pikul beban yang lebih kecil

dibandingkan dengan kolom yang sama yang kedua ujungnya dalam kondisi

dijepit.

Terdapat empat kondisi yang umum ditemui pada batang panjang dengan

penampang melintang yang relatif kecil dalam menerima gaya aksial dan

mengalami peristiwa tekuk seperti gambar di bawah ini:

Tabel 2.1. Kondisi Tekuk Berdasar Jenis Tumpuan Ujung

b. kolom jepit-sendi b. kolom jepit-jepit

b. kolom jepit-bebas a. kolom sendi-sendi

(28)

L L

D C

B A

Pernyataan untuk beban kritis dari kolom dengan kondisi seperti pada

gambar telah ditemukan oleh ahli matematika Swiss L.Euler pada tahun 1783

yakni dengan melakukan penurunkan dari persamaan differensial garis elastic.

Sebagai contoh diambil kondisi kedua dari empat kondisi di atas yakni :

kolom langsing panjang sama dengan l pada bagian bawahnya dijepit sedangkan pada ujungnya yang lain bebas diberikan gaya tekan aksial P. Maka pada sebuah

titik yang berjarak X dari dasar akan terjadi momen lentur sebesar :

Berdasarkan persamaan garis elastik

!

"#$sehingga diperoleh

%

Dengan menggunakan elastik _"#&, maka persamaan menjadi:

%

Penyelesaian persamaan tersebut akan memperoelh persamaan matematik umum

(29)

'()*+ % ' ,-) %

% '( ,-) % ' )*+ %$

Untuk mengetahui konstanta C1 dan C2 maka menggunakan syarat-syarat batas

sebagai berikut:

1. Untuk titik A berlaku bila x = 0; y = 0 berarti C2 = -d

2. Untuk titik A berlaku bila x = 0; = 0 berarti C1 = 0

Dari kedua syarat batas tersebut persamaan '₍)*+ % ' ,-) %

Menjadi ,-) %

3. Untuk titik B berlaku bila % .; didapat ,maka persamaan menjadi ,-) . atau

,-) . atau ,-) .

Dari persamaan tersebut menunjukkan ada dua kemungkinan yang terjadi

yaitu:

1. bila ujung kolom tetap ditempat atau kolom tetap tegak dalam

kondisi seimbang.

2. ,-) . berarti diperoleh nilai . / atau ₀₁/

4. Nilai disubstitusikan ke dalam persamaan _"#& akan menghasilkan

persamaan rumus gaya tekuk menurut Euler, yaitu:

2 _.

Bila rumus ini disubstitusikan ke dalam persamaan ,-) % akan

menghasilkan persamaan Elastis untuk kolom.

Dengan cara yang sama didapat rumus gaya tekuk euler untuk empat kondisi

(30)

Kondisi tekuk 1 sendi-sendi dimana panjang tekuk . .

2 _. 345

Kondisi tekuk 2 jepit-bebas dimana panjang tekuk . .

2 _.345

Kondisi tekuk 3 jepit-jepit dimana panjang tekuk . (.

2 _. 345

Kondisi tekuk 4 jepit-sendi dimana panjang tekuk . (.6

2 _. 345

Ke empat rumus gaya tekuk euler tersebut dapat dihitung tegangan kritis yang

berlaku sampai batas berlakunya hukum hooke, yaitu:

7 ₈2 _{. 8}345

Dengan menggunakan jari-jari inersia 9₃₄₅ #:;<₌ diperoleh

7 / "

> ?

;:;<@

$ dimana:

1

4:;< merupakan angka kelangsingan , sehingga rumus tegangan kritis menjadi:

7 _{ABC $}

Tegangan ini menggambarkan suatu diagram lengkung asimtuth

Karena tegangan kritis berlaku dalam bats hokum hooke, maka :

(31)

Grafik 2.1. Jangkauan Kekuatan Kolom Terhadap Angka Kelangsingan

Sumber : Salmon, Charles G, Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid I Edisi Kedua

Dari uraian di atas menunjukkan bahwa pada tiang-tiang yang mempunyai

faktor kerampingan yang besar, tekuk akan timbul sebelum tegangan tekan

mencapai batas elastisitas p, jadi dalam hal ini kekuatan kolom ditentukan

oleh rumus Euler, sehingga dapat dengan gambar sebagai berikut :

Grafik 2.2. Hubungan Kekuatan Kolom Terhadap Angka Kelangsingan Untuk menentukan Euler Berdasar Panjang Batang

2 5 0 2 0 0

1 5 0 1 0 0

5 0

?

s

T

4 0 0 0

3 0 0 0

2 0 0 0

1 0 0 0

Tetramayer

(32)

2.2.3. Batas Berlaku Persamaan Euler

Untuk mengetahui batas berlakunya persamaan Euler, dapat dilihat hubungan

antara tegangan kritis dengan kelangsingan kolom.

Dari persamaan berikut apabila kedua ruas dibagi dengan luas penampang,maka

diperoleh:

8 8

Dimana i2 = ₌# maka diperoleh :

8 J _{9 K}

Dimana L₄M adalah angka kelangsingan ( ) maka diperoleh

7 _B

Batang tekan panjang akan runtuh akibat tekuk elastic, dan batang tekan pendek

dapat dibebani sampai bahan tersebut meleleh atau sampai daerah pengerasan

regangan (strain hardening). Pada kondisi umum, kehancuran akibat tekuk terjadi setelah sebagian penampang melintang meleleh. Keadaan ini disebut tekuk in elastic (tidak elastis).

Kondisi umum kolom merupakan satu kesatuan dan tidak dapat berlaku secara

bebas tetapi kenyataannya tekuk diartikan sebagai perbatasan antara lendutan

stabil dan tak stabil yang terjadi pada batang tekan. Sehingga penentuan beban

maksimum tidak selaras dengan hasil percobaan. Hasil percobaan meliputi

pengaruh bengkokan awal pada batang eksentrisitas beban yang tak terduga, tekuk

(33)

2.2.4. Keadaan Pasca Tekuk

Deformasi tekuk yang besar berakibat menimbulkan tegangan atau gaya dalam

yang melebihi kekuatan nominal bahan. Kondisi akhir dari deformasi tekuk adalah

menimbulkan leleh atau plastis. Pada kondisi struktur statis tertentu, leleh atau

plastis akan menimbulkan keruntuhan, tetapi pada beberapa struktur yang lain

setelah terjadi leleh akan timbul keseimbangan baru yang disebut keadaan pasca

tekuk.

Keseimbangan baru yang terjadi dapat berupa keseimbangan stabil dan dapat pula

keseimbangan yang tidak stabil. Hubungan P-keadaan denganperilaku pasca tekuk

dapat dilihat pada gambar

B ifu rk a s i

v

p p

D iv e rg e n s i

v

Grafik 2.3. Bifurkasi dan Divergensi

Kondisi stabilitas dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu tekuk bifurkasi dan

tekuk divergensi. Tekuk bifurkasi adalah tekuk yang terjadi akibat pengaruh gaya

tekan yang bekerja sendiri. Sedangkan tekuk divergensi adalah tekuk yang terjadi

akibat pengaruh gaya tekan yang bekerja bersamaan dengan gaya lateral (gaya

pada arah perpindahan tekuk).

Perpindahan tekuk dibedakan menjadi dua yaitu perpindahan lateral (tegak lurus

dengan gaya tekan), perpindahan rotasi atau torsi (terjadi pada tekuk puntir atau

warping pada balok dan kolom tipis / open section.

Batang jika dikategorikan berdasar gaya yang diterima, dibedakan menjadi dua

(34)

2.2.4.1. Batang Tekan

Batang tekan adalah elemen struktur yang memikul gaya tekan aksial. Batang

tekan dapat berupa batang tepi, batang diagonal, batang vertikal, dan

batang-batang pengekang (bracing). Kondisi sebenarnya batang tekan tidak hanya memikul gaya tekan aksial melainkan juga bekerja gaya-gaya lain seperti momen

lentur, gaya lintang maupun torsi.

Perencanaan batang tekan sedikit lebih sulit daripada perencanaan batang tarik

karena efek tekuk lateral yang menimbulkan momen sekunder (secondary moment) selain gaya aksial tekan. Efek tekuk lateral ini dipengaruhi oleh kelangsingan kolom yaitu perbandingan antara panjang efektif kolom dengan

jari-jari girasi penampang kolom. Keadaan dimana nilai kelangsingan sangat kecil

(kolom pendek), maka serat-serat bahan pada penampang akan mengalami

kegagalan tekan. Tetapi bila keadaan menunjukkan bahwa nilai kelangsingan

sangat besar (kolom langsing), maka akan mengalami kegagalan tekuk dan

serat-serat bahannya belum mencapai kuat tekannya atau masih berada dalam keadaan

elastik (lateral bucling failure). Perencanaan batang tekan biasanya menggunakan nilai kelangsingan di antara kedua nilai tersebut atau yang dikenal dengan

intermediate column.

2.2.4.2. Batang Tarik

Batang tarik merupakan batang yang direncanakan untuk menahan gaya aksial

tarik yang dikerjakan oleh gaya tarik aksial pada ujung-ujung batang. Kestabilan

gaya tarik sangat baik sehingga dalam perencanaannya tidak serumit pada

perencanaan batang tekan. Yang menjadi catatan adalah pada daerah sambungan,

distribusi tegangan tarik akan terjadi secara tidak merata, hal ini kemungkinan

dikarenakan terjadi pengurangan luas tampang bahan akibat penempatan alat

sambung.

Kekuatan batang tarik dapat dijelaskan menurut keadaan batas. Keadaan batas di

(35)

bruto pada tempat yang jauh dari titik sambungan dan retakan dari luas bersih

efektif (yakni melalui lubang-lubang) pada sambungan.

2.2.5. Sifat-Sifat Mekanis Baja Struktural

Sifat mekanisme pada baja struktur diperoleh berdasarkan hukum eksperimental

tegangan dan regangan yang didapatkan oleh Robert Hooke pada tahun 1678. Jika

benda mengalami pembebanan, didapatkan bahwa untuk bahan tertentu

perpanjangannya berbanding lurus dengan beban yang dipasang. Jika bahan

terbuat dari bahan terbuat dari bahan elastik yang penampangnya sama dibebani

menurut sumbunya, tegangannya sama pada seluruh penampang dan besarnya

sama dengan besar beban dibagi dengan luas penampangnya. Regangan sumbu

sama dengan pertambahan panjang dibagi dengan panjang semula, sehinggga

dapat ditulis:

7 8

N O_P

7 N

Keterangan: P = gaya aksial yang bekerja pada penampang.

A = luas penampang.

Lo = panjang awal.

L = panjang setelah pembebanan.

E = modulus elastisitas.

Berdasarkan persentase zat arang yang dikandung, baja dapat dikategorikan

sebagai berikut :

1. Baja dengan persentase zat arang rendah (low carbon steel) kurang dari 0.15 %.

2. Baja dengan persentase zat arang ringan (mild carbon steel) sekitar 0.15 % - 0.29 %.

(36)

4. Baja dengan persentase zat arang tinggi (High carbon steel) sekitar 0.60 % - 1.7 %.

Baja untuk bahan struktur termasuk kedalam baja yang persentase zat arang yang

ringan ( mild carbon steel ), semakin tinggi kadar zat arang yang terkandung 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 struktur (yang secara relatif 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 Indonesia ( PPBBI ), nilai modulus

elastisitas baja adalah 2,1 x 106_{kg/cm² atau 2,1 x 10}5_MPa.

2. Modulus Geser ( G )

Modulus geser setip bahan elastis dihitung berdasarkan formula :

Q

_A(RSC"

Dimana = perbandingan poisson yang diambil sebesar 0,3 untuk baja. Dengan

menggunakan = 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 ( )

Koefisien ekspansi adalah koefisien pemuaian linier. Koefisien ekspansi baja

diambil sebesar 12 x 10-6_per0_C.

4. Tegangan Leleh ( 1 )

Tegangan leleh ditentukan berdasarkan mutu baja. Tegangan leleh adalah

tegangan yang terjadi pada saat baja mulai meleleh. Dalam kenyataannya, sulit

(37)

menjadi plastis seringkali besarnya tidak tetap. Sebagai standar menentukan

besarnya tegangan leleh dihitung dengan menarik garis sejajar dengan sudut

kemiringan modulus elastisitasnya, dari regangan sebesar 0.2 %.

Tabel 2.2. Tegangan Leleh Baja Struktural berdasar Mutu Baja

Mutu

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 t/m3. Untuk mengetahui

hubungan antara tegangan dan regangan pada baja dapat dilakukan dengan uji

tarik di laboratorium.

Harga konstanta – konstanta diatas untuk baja structural adalah :

• Modulus Elastisitas E = 2,1 x 106 kg/cm²

• Modulus Geser G = 0,81 x 106 kg/cm²

• Angka Poison = 0,30

• Koefisien Muai 1 = 12 x 10-6 per º C

Baja memiliki beberapa kelebihan sebagai bahan konstruksi, diantaranya :

• Nilai kesatuan yang tinggi per satuan berat

• Keseragaman bahan dan komposit bahan yang tidak berubah terhadap waktu

• Dengan sedikit perawatan akan didapat masa pakai yang tidak terbatas

• Daktilitas yang tinggi

(38)

Disamping itu baja juga mempunyai kekurangan dalam hal :

• Biaya perawatan yang besar

• Biaya pengadaan anti api yang besar ( fire proofing cost )

• Dibandingkan dengan kekuatannya kemampuan baja melawan tekuk kecil

• Nilai kekuatannya akan berkurang, jika dibebani secara berulang / periodik, hal

ini biasanya disebut dengan leleh atau fatigue.

2.2.6. Sifat Beton

Beton dapat dipakai dengan mencampurkan bahan-bahan agregat halus dan kasar

yaitu pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan

secukupnya bahan perekat semen, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan

reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton berlangsung. Semen

berfungsi sebagai pengikat, agregat sebagai bahan pengisi, serta air sebagai bahan

penyatu bahan-bahan tersebut.

Semen Portland adalah suatu bahan konstruksi yang paling banyak dipakai serta

merupakan jenis semen hidrolik yang penting. Semen Portland dipergunakan

dalam semua jenis struktural seperti tembok, lantai, jembatan, terowongan dan

sebagian yang diperkuat dengan tulangan atau tanpa tulangan.

Kekuatan beton tergantung dari banyak faktor, seperti:

- Proporsi campuran

- Kondisi temperatur dan kelembaban dari tempat dimana campuran

ditempatkan dan mengeras

- Jumlah air yang relatif terhadap semen serta cara pengolahannya.

Faktor air semen (fas) sangat mempengaruhi kekuatan beton, fas merupakan

perbandingan antara berat air dengan semen dalam adukan beton. Secara umum

diketahui bahwa semakin tinggi nilai fas, semakin rendah mutu kekuatan beton.

Namun fas yang semakin rendah tidak selalu berarti bahwa kekuatan beton

semakin tinggi. Nilai fas yang rendah akan menyebabkan kesulitan dalam

(39)

menurun. Umumnya nilai fas minimum yang diberikan sekitar 0,4 dan maksimum

0,65. Rata–rata ketebalan lapisan yang memisahkan antara partikel dalam beton

sangat bergantung pada faktor air semen yang digunakan dan kehalusan butir

semennya.

Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan perbandingan semen, agregat

kasar dan halus, air dan berbagai jenis bahan campur. Kekuatan beton cukup

tinggi, dengan pengolahan khusus dapat mencapai 700 kg/cm2. Kuat tekan beton

relatif tinggi dibanding dengan kuat tariknya, yaitu kuat tarik beton antara 9 – 15

(40)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tinjauan Umum

3.1.1. Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental, yaitu

metode penelitian dengan melakukan percobaan dengan program komputer.

Penelitian ini direncanakan menggunakan pengujian struktur rangka dengan

memberikan beban sentries secara bertahap.

3.1.2. Benda Uji Penelitian

Penelitian yang berjalan saat ini menggunakan benda uji tekuk berupa batang

tekan jenis Steel Tube dan Concrete-Filled Steel Tube sebanyak 7 variasi panjang (0,3meter, 0,54 meter, 0,8 meter, 1 meter, 1,24 meter, 1,4 meter, 1,5 meter dan 1,6

meter). Masing-masing variasi panjang terdiri dari 3 Steel Tube dan 3 Concrete-Filled Steel Tube.

3.1.3. Variabel yang Digunakan

Variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari variabel bebas

(independent variable) dan variabel terikat (dependent variable). Variabel bebas merupakan variabel yang digunakan dalam penelitian ini yang bersifat bisa

berubah sesuai dengan tinjauan, dalam penelitian ini variabel bebas adalah variasi

panjang batang yang mendapat perlakuan uji tekuk di laboratorium, sedangkan

dalam analisa program komputer yang menjadi variabel bebas adalah batang

penyusun kuda-kuda (komponen batang tekan dan komponen batang tarik).

Variabel terikat merupakan variabel yang digunakan dalam penelitian ini yang

bersifat tetap pada setiap perlakuan benda uji. Penelitian ini menggunakan

(41)

simulasi kuda-kuda. Faktor lain seperti korosi,perubahan susunan ion akibat

pengelasan dianggap sebagai variabel yang tidak berpengaruh.

3.2.Tahapan Penelitian

Pelaksanaan penelitian dilakukan dengan sistematika yang jelas dan teratur

sehingga dapat dipertanggung jawabkan. Penelitian ini dibagi dalam beberapa

tahap sebagai berikut :

1. Tahap Pertama

Persiapan teori dan literatur yang mendukung penelitian

2. Tahap Kedua

Pemilihan material dan penentuan dimensi penyusun struktur rangka batang

3. Tahap Ketiga

Pemilihan alternatif bentuk/jenis struktur rangka batang (truss) yang paling kecil kemungkinan terjadinya tekuk.

4. Tahap Keempat

Pembuatan benda uji, untuk benda uji CFT dibuat dengan cara memasukkan

beton ke dalam ST dimana komposisi beton sendiri 1 pc : 2,5 pasir : 1 kerikil

Ø 5 mm dengan FAS 0,45.

5. Tahap Kelima

Uji laboratorium untuk sifat material steel tube, concrete-filledsteel tube dan pengujian tekuk pada batang tekan dengan menggunakan sampel batang

Concrete-Filled Steel Tube dan batang Steel Tube. Variasi benda uji (sub benda uji penelitian) digunakan untuk mendapatkan beban maksimum dan

panjang tekuk.

6. Tahap Keenam

Menyimpulkan pengaruh pengisian mortar-beton terhadap nilai beban

maksimum dan panjang tekuk pada batang tekan.

7. Tahap Ketujuh

Desain menggunakan program komputer dengan jenis struktur rangka

(bahasan tahap ketiga) dan material penyusun (bahasan sub benda uji

(42)

8. Tahap Kedelapan

Analisis hasil output program komputer, meliputi : gaya batang tekan

maksimum, gaya batang tarik maksimum, dan defleksi.

9. Tahap Kesembilan

Membuat perbandingan hasil analisis awal antara kondisi keseluruhan batang

Steel Tube dengan struktur dengan batang tekan berupa Concrete-Filled Steel Tube dan batang tarik berupa Steel Tube.

10.Tahap

Membuat kesimpulan antara hasil pengujian di laboratorium dengan hasil

analisis program.

3.3. Peralatan Penelitian

Penelitian ini menggunakan peralatan meliputi :

1. Gerinda Tangan

Gerinda tangan merk Bosch GWS 6-100 Ø 100 mm digunakan untuk

meratakan permukaan masing-masing ujung benda uji sebelum dilakukan

pengujian tekan.

Gambar 3.1.Penggunaan Gerinda Tangan

2. Mesin Cut Off

(43)

Gambar 3.2. Penggunaan Mesin Cut Off 3. Loading Frame

Sebagai tempat dudukan benda uji pada saat pembebanan tekan.

Gambar 3.3. Kondisi Loading Frame untuk Pengujian Tekan

4. Alat Pembebanan

Alat yang digunakan untuk pembebanan adalah Hidraulic Jack merk Hi-Force model HP 227 serial No.AH5614, untuk memberikan tekanan pada

(44)

dapat memberikan tekanan sampai dengan 50 ton dengan menggunakan

sistem hidraulik dan dioperasikan dengan tenaga manusia.

Gambar 3.4. Kondisi Hidraulic Jack merk Hi-Force

5. Load Cell

Untuk mengetahui besarnya beban yang dipikul oleh benda uji maka

dipasang load cell (sel beban) selanjutnya dihubungkan dengan Transducer Indicator merk Showa type DS-1300, yang berfungsi untuk tempat pembacaan digital beban yang sedang bekerja.

Gambar 3.5. load cell dan Transducer Indicator

6. Waterpass Aluminium Magnet

Waterpas digunakan untuk mengatur tegak lurus batang benda uji pada

(45)

7. Dial Indicator

Alat ini berfungsi untuk mengukur simpangan atau deformasi yang terjadi

pada benda uji ketika pembebanan. Pengukuran dilakukan dari arah sumbu

x dan sumbu y.

(46)

3.4. Diagram Alir Penelitian

Studi literatur dan kajian pustaka

Pengujian tekan di laboratorium menggunakan Steel Tube

(Tabung baja persegi dimensi 40 mm × 40 mm, tebal 1,4 mm) dan Concrete-Filled

Steel Tube (tabung baja diisi beton)

A

Kesimpulan sementara mengenai pengaruh pengisisan mortar-beton terhadap beban

kritis tekuk dari data pengujian laboratorium

Pembuatan sampel pengujian meliputi: pemotongan baja, pembuatan sampel silinder beton (1 : 2,5 : 1) FAS 0,45,

pengisian beton ke dalam tabung baja.

Pengujian laboratorium sifat material meliputi pengujian tarik baja, pengujian modulus elastisitas

baja, pengujian kuat tekan beton dan pengujian modulus elastisitas beton

Data beban kritis dan deformasi maksimum pada masing-masing variasi panjang.

(47)

Gambar 3.7. Diagram Alir Penelitian

Melakukan perbandingan hasil output analisis

Analisis pertama:

Tabung baja persegi

Batang tekan dan batang tarik pada desain awal,keduanya menggunakan baja

tabung kosong (steel tube)

Analisis kedua:

Tabung baja persegi

Batang tekan diisi beton (concrete-filled steel tube),sedangkan batang tarik menggunakan tabung baja kosong (Steel

tube)

Membuat kesimpulan

Selesai

Desain analisis menggunakan program SAP 2000 V11 dengan menggunakan data hasil pengujian

sifat material

(48)

BAB IV

ANALISA HASIL PENGUJIAN BENDA UJI

4.1. Pengujian Sifat Material

4.1.1. Pengujian Kuat Tekan Beton

Pengujian kuat tekan beton dilakukan ketika beton telah berumur 28 hari. Sampel

kuat tekan beton menggunakan silinder beton dengan dimensi jari-jari 15 cm dan

ketinggian 30 cm. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin Universal Testing Machine (UTM) Laboratorium Mesin Material seperti terlihat dalam gambar 4.1.berikut :

Gambar 4.1. Pengujian Kuat Desak Beton dengan Mesin UTM

Hasil pengujian kuat tekan yang dilakukan terhadap 3 buah sampel silinder beton

adalah seperti yang terlihat dalam Tabel 4.1. berikut:

Tabel 4.1.Pengujian Kuat Tekan Terhadap 3 Sampel Silinder Beton

Sampel Luas Permukaan

Penampang (mm2)

Gaya Maksimum

(kN)

Kuat Tekan

(MPa)

1 17671.46 455.94 25.80

2 17671.46 461.97 26.14

3 17671.46 501.53 28.38

(49)

Nilai rata-rata benda uji ;

4.1.2. Pengujian Modulus Elastisitas Beton

Modulus elastisitas beton ditentukan berdasarkan rekomnedasi ASTM C-469,

yaitu: modulus chord dengan kecepatan pembebanan ± (341±34) KPa/s. Chord Modulus adalah sudut tangent dari garis yang ditarik di antara dua titik tertentu pada kurva tegangan-regangan yakni titik dimana regangan bernilai 0,00005,

sedangkan titik atas adalah titik dimana titik sama dengan 40 % dari tegangan

ultimate seperti yang ditunjukkan grafik regangan-tegangan berikut :

Adapun perhitungan modulus elastisitas chord (chord modul) :

Dimana :

Ec = Modulus elastisitas beton (MPa)

S1 = Tegangan yang bersesuaian dengan regangan arah longitudinal sebesar

0.00005(MPa)

S2 = Tegangan yang terjadi di saat 40 % f’c (MPa)

(50)

1 = Regangan longitudinal yang terjadi akibat tegangan S1

2 = Regangan longitudinal yang terjadi akibat tegangan S2

Pengujian modulus elastisitas beton menggunakan Loading Frame dengan alat pembebanan berupa Hidraulic Jack. Pengujian ditunjukkan Gambar 4.2. berikut :

Gambar 4.2. Pengujian Modulus Elastisitas Beton

Grafik 4.2. Hubungan Regangan-Tegangan Beton Sampel 1

Tabel 4.2. Data Perhitungan Modulus Elastisitas Beton Sampel 1

Pers.

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005

(51)

Pers.

y = 22919x + 0.692

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005

Series1

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005

(52)

Pers.

Linier

f’c

(MPa)

40 % × f’c

(MPa)

S2 1 2

26.77 10.71 1.8775 0.0004 0.00005

Dari ketiga nilai modulus elastisitas sampel sehingga dapat diperoleh modulus

elastisitas rata-rata yaitu :

Tabel 4.5. Data Modulus Elastisitas Beton

Sampel Modulus Elastisitas

1 25626

2 22748

3 25235

Total 73609

Nilai rata-rata modulus elastisitas beton (Ec) :

4.1.3. Pengujian Kuat Tekan Steel Tube

Pengujian kuat tekan Steel Tube menggunakan 3 buah sampel Steel Tube sepanjang 30 cm. Pengujian menggunakan mesin UTM seperti terlihat dalam

(53)

commit to user

Gambar 4.3. Pengujian Kuat Tekan Steel Tube dengan Mesin UTM

Tabel 4.6. Tabel Hasil Pengujian Kuat Tekan Steel Tube

Sampel Luas Permukaan

4.1.4. Pengujian Kuat Tekan Concrete-Filled Steel Tube

Pengujian kuat tekan Concreet-Filled Steel Tube menggunakan 3 buah sampel Steel Tube sepanjang 30 cm. Pengujian menggunakan mesin UTM.

(54)

commit to user

4.1.5. Pengujian Modulus Elastisitas Steel Tube

Nilai modulus elastisitas Steel Tube diperoleh dari data hasilpengujian kuat tekan Steel Tube menggunakan 3 buah sampel Steel Tube sepanjang 30 cm. Langkah awal dengan mencari nilai tegangan dan regangan yang terjadi pada ketiga

sampel. Nilai tegangan dan regangan dapat dilihat dalam Tabel 4.8.berikut:

Tabel 4.8. Tabel Perhitungan Tegangan-Regangan Steel Tube

Sampel Luas

Nilai Modulus elastisitas masing-masing sampel dihitung menggunakan rumus

sebagai berikut :

& '

( ) * + ) ,*

Tabel 4.9. Tabel Perhitungan Modulus Elastisitas Steel Tube

(55)

2 123.65 5.93 × 10-4 208516.02

3 166.31 5 × 10-4 332620

Total 739267.6

!"#$$ %

4.1.6. Pengujian Modulus Elastisitas Concrete-Filled Steel Tube

Nilai modulus elastisitas Concrete-Filled Steel Tube diperoleh dari data hasil pengujian kuat tekan Concrete-Filled Steel Tube menggunakan 3 buah sampel Steel Tube sepanjang 30 cm. Langkah awal dengan mencari nilai tegangan dan regangan yang terjadi pada ketiga sampel. Nilai tegangan dan regangan dapat

dilihat dalam Tabel 4.10.berikut:

Tabel 4.10. Tabel Perhitungan Tegangan-Regangan Concrete-Filled Steel Tube

Sampel Luas

Nilai Modulus elastisitas masing-masing sampel dihitung menggunakan rumus

sebagai berikut :

& '

(56)

Tabel 4.11. Tabel Perhitungan Modulus Elastisitas Concrete-Filled Steel Tube

Sampel Tegangan

(N/mm2)

Regangan Modulus

Elastisitas

1 51.73 8 × 10-4 64662.5

2 47.09 9.67 × 10-4 48697

3 52.44 7.07 × 10-4 74172.56

Total 187532.06

!"#$$ %

4.1.7. Pengujian Tarik Steel Tube

Pengujian tarik dilakukan dengan 3 sampel lembaran baja yang dibuat dari hasil

pemotongan salah satu sisi steel tube sehingga memiliki dimensi permukaan 4 cm × 30 cm dengan ketebalan 1,4 mm seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3. berikut :

Gambar 4.4.Sampel Steel Tube Pengujian Tarik

Hasil Pengujian Tarik diperoleh data seperti yang disajikan dalam Tabel

(57)

Tabel 4.12. Hasil Pengujian Tarik Steel Tube

Faktor koreksi diperhitungkan untuk menentukan selisih nilai antara nilai modulus

elastisitas beton, modulus elastisitas baja (ST) dan modulus elastisitas komposit

(CFT) hasil analisis dengan hasil pengujian laboratorium.

Material CFT memikul beban tekan secara merata oleh adanya kontribusi kedua

komponen yaitu ST dan CFT, dengan meningkatkan efisiensi geometris dan

menggabungkan kekuatan yang dimiliki masing-masing material. Dinding beton

pengisi dibatasi oleh tabung baja, sehingga dalam keadaan memikul gaya tekan

dapat meningkatkan kekuatan dan kapasitas regangan beton. Pengisian beton