PERILAKU BATANG LANGSING KOMPOSIT MENGGUNAKAN BAHAN
CONCRETE-FILLED STEEL TUBE (CFT) PADA APLIKASI BEBAN TEKAN
(266S)
Wibowo1, AP Rahmadi2, Purnawan Gunawan3, Dimas Ahmad AM4dan Sholicin5
1,2,3,4,5
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: civiluns@uns.ac.id
ABSTRAK
Struktur Kuda-kuda Baja adalah salah satu model struktur yang banyak digunakan sebagai struktur pendukung utama pada bangunan perumahan utamanya adalah bagian atap. Bentuk umum struktur kuda-kuda adalah berupa struktur rangka batang (truss) dua dimensi. Struktur rangka batang adalah struktur yang mempunyai konfigurasi segitiga-segitiga yang terdiri dari elemen penahan gaya aksial tarik dan aksial tekan. Kajian pada makalah ilmiah ini adalah untuk mengetahui perilaku batang langsing berbahan Concrete Filled Steel Tube sebagai aplikasi batang tekan suatu struktur truss. Metode yang digunakan dengan pengujian sampel (batang tekan komposit CFT) dengan variabel pengamatan yaitu beban, defleksi horisontal, tekuk lokal dan tekuk global. Hasil pengujian tekan menunjukkan bahwa pengisian beton memberikan pengaruh terhadap batas pikul beban tekan material komposit CFT lebih tinggi dibandingkan batas pikul beban tekan material baja pipa (Steel Tube).
Kata Kunci : CFT, Komposit, Steel Tube.
1. PENDAHULUAN
Kalangan industri konstruksi akhir-akhir ini beralih menggunakan baja ringan sebagai konstruksi rangka atap. Penyebab utama adalah semakin langkanya bahan kayu dan juga semakin mahal harganya. Banyak merk dan produsen menawarkan dengan berbagai keuntungan untuk menarik konsumen agar beralih menggunakan baja ringan. Beberapa keunggulan dari baja ringan dibandingkan kayu yaitu: baja ringan ditawarkan lebih murah harganya berkisar Rp. 140.000 – Rp 200.000,-/m2, baja ringan beratnya sekitar 9 – 10 kg/m2lebih ringan dari pada kayu 15-18 kg/m2, cara pemasangan relatif lebih cepat dan mudah karena proses penyambungan dilakukan dengan
self driving screw dan lebih tahan rayap.
Tetapi ketika baja ringan semakin mudah dijumpai dan semakin dikenal masyarakat, muncul suatu keraguan mengenai struktur baja ringan tersebut akibat sering terjadinya kasus yang menunjukkan kegagalan struktur yang diakibatkan kesalahan dalam perancangan maupun pelaksanaan struktur baja ringan.
Penelitian ini menjawab kebutuhan alternatif bahan struktur kuda-kuda selain menggunakan kayu ataupun baja ringan yaitu dengan menggunakan komponen struktur concrete filled tube (CFT) sebagai elemen struktur kuda-kuda, dimana batang baja CFT dibentuk dari baja steel tube yang pada umumnya digunakan masyarakat sebagai material mebel kemudian diisi mortar-beton dan steel tube (STB) sebagi batang tarik.
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, karena adanya pengisian beton. (J.Zeghiche, K.Chaoui, 2004)
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)
2. METODOLOGI PENELITIAN
Pengujian dilakukan di laboratorium terhadap benda uji batang CFT dengan pembebanan tekan.
Benda Uji
Penelitian yang dilakukan dengan 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.
Sampel 1 2 3 4 5 6 7 8
Variasi Panjang (m) 0,3 0,54 0,8 1 1,24 1,4 1,5 1,6
Pengujian
Uji laboratorium dilakukan pada benda uji berupa material steel tube, concrete-filled steel tube dan pengujian tekuk pada batang tekan dengan menggunakan sampel batang Concrete-Filled Steel Tube dan batang Steel Tube. Variasi benda uji (variasi panjang) digunakan untuk mendapatkan data perubahan perilaku batang tekan dengan variasi terhadap panjang tekuk yang berbeda.
Gb 1. Setting Up Pengujian
Alat yang digunakan untuk pembebanan adalah Hidraulic Jack merk Hi-Force model HP 227 serial No.AH5614, untuk memberikan tekanan pada pengujian tekuk secara tekan sampai batas kerutuhan sampel. Alat ini dapat memberikan tekanan sampai dengan 50 ton dengan menggunakan sistem hidraulik dan dioperasikan dengan tenaga manusia.
3. HASIL PENELITIAN
Pengujian tekuk merupakan pengujian tekan terhadap batang benda uji secara bertahap dengan kenaikan pembebanan per 200 kg sampai batas kemampuan pikul benda uji yang diindikasikan dengan kondisi tertekuk atau kondisi instability, dimana beban yang terbaca terakhir ketika benda uji mengalami instability dianggap sebagai beban kritis dan deformasi yang terjadi dianggap sebagai deformasi maksimum.
Pengujian tekuk dilakukan dengan 2 jenis sampel yaitu Steel Tube dan Concrete-Filled Steel Tube. Variasi panjang diambil mendekati panjang batang tekan pada struktur rangka batang (truss) bentang 6 meter dengan sudut kemiringan 25°,variasi panjang ditentukan antara 0,3-1,6 meter sehingga dari hasil pengujian aksial tekan bisa diketahui batang panjang dan batang pendek
Tabel 1. Hasil Pengujian Tekan Batang ST dan CFT:
Panjang ST CFT
(meter) Beban maksimum Rata Beban maksimum Rata
(kg) (kg) (kg) (kg) 0.3 2673 3255 3595 3174.3 8276 7535 8391 8067.3 0.54 - 3400 3900 3650 5190 6850 6900 6313.3 0.8 3800 3650 3350 3600.0 5300 6200 6300 5933.3 1 3740 3480 3070 3430.0 5620 6770 6100 6163.3 1.24 4100 3440 3650 3730.0 5900 6250 5400 5850.0 1.4 3420 3900 3600 3640.0 5780 5420 5900 5700.0 1.5 3700 3350 3850 3633.3 5080 4800 4670 4850.0 1.6 3600 3080 3060 3246.7 4440 4740 4690 4623.3
4. ANALISA DAN DISKUSI
Pengujian tekuk dimaksudkan untuk mendapatkan nilai beban kritis (Critical Load) dan deformasi maksimum untuk kedua jenis sampel. Penelitian ini difokuskan pada pengaruh pengisian beton ke dalam baja terhadap beban dan deformasi yang terjadi dibandingkan tanpa pengisian beton.
Hasil Pengujian menunjukkan bahwa sampel Steel Tube tidak bisa mencapai tekuk global yang sempurna karena selalu didahului dengan tekuk lokal sehingga setelah tekuk lokal terjadi kondisi batang sampel menjadi tidak stabil (instable)
Gb. 2 Hasil Pengujian Tekan Batang ST
Tabel 2. Hasil pengujian tekan batang st dan cft: Panjang (meter) ST CFT P maks λ P maks λ (ST) (CFT) 0.3 3174.3 6.85 8067.3 25.98 0.54 3650 12.32 6313.3 46.77 0.8 3600.0 18.26 5933.3 69.28 1 3430.0 22.82 6163.3 86.60 1.24 3730.0 28.30 5850.0 107.39 1.4 3640.0 31.95 5700.0 121.24 1.5 3633.3 34.24 4850.0 129.90 1.6 3246.7 36.52 4623.3 138.56
Kenaikan λ (faktor kelangsingan Lk/i) memberikan pengaruh terhadap besaran faktor tekuk ω sehingga semakin
besar kelangsingan batang maka akan semakin berkurang kapasitas batang menahan beban aksial tekan, sehingga pengaruh pengisian material beton pada terhadap kapasitas menahan tekannya menjadi berkurang pula seperti terlihat pada Tabel 2, namun demikian dalam memperbaiki kemampuan menahan local buckling masih tetap signifikan. Hal ini sesuai dengan
Pengisian beton memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kenaikan kemampuan menahan beban kritis (Critical Load) yang dapat ditahan oleh batang tekan CFT, selain itu pengisian bahan beton dapat memperbaiki stabilitas batang tekan sehingga mencegah terjadinya local buckling yang dapat menyebabkan kegagalan struktur pada beban yang jauh dari kapasitas rencananya.
5. KESIMPULAN
Penelitian mengenai struktur rangka batang CFT dapat memberikan kesimpulan bahwa :
Material baja tabung (Steel Tube/ST) non struktural setelah dilakukan uji laboratorium memiliki karakteristik sifat material yang hampir sama dengan sifat material baja struktural sehingga dapat digunakan sebagai komponen utama untuk struktur rangka batang (truss).
Pengujian tekan menunjukkan bahwa material ST tidak bisa mencapai tekuk global secara sempurna karena selalu didahului dengan tekuk lokal yang mengakibatkan instability pada batang yang mengalami gaya aksial tekan. Sedangkan material CFT mencapai tekuk global secara sempurna.
Pengujian tekan menunjukkan bahwa pengisian beton memberikan pengaruh terhadap batas pikul beban tekan material CFT lebih tinggi dibandingkan batas pikul beban tekan material ST
ACKNOWLEGMENT
Penulis mengucapkan terimakasih kepada LPPM UNS yang telah memberikan grant untuk menyelesaikan penelitian ini. Juga kepada mahasiswa yang telah membantu dan terlibat langsung dalam penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Budynas G. Richard, Advance Strength and Applied Stress Analysis, 324 – 348., Mc Graw-Hill, 1999.
Gobarah A. & ramadan T., Seismic Analysis of Links Various Lengths in Eccentrically Braced Frames, Can. Journal of Civil Engineering., pp 140-148, 1991
Goode C. Douglas, Kuranova, Artiomas, Kazimieras Kvedara, Audronis, Buckling of Slender Composite-Filled
Steel Columns, Journal of Civil Engineering and Management, vol 16(2), pp 230-236, 2010.
Kasai K. & Popov, EP., General Behavior of WF Steel Shear Link Beams, Journal of Structural Division, vol. 112, pp 362-382., ASCE, 1986
Perucchio, R., M. Saxena, dan A. Kela, Automatic Mesh Generation from Solid Models Based on Recursive Spatial
Decomposition, International Journal of Numerical Method in Engineering, vol 28, pp. 2469-2501, 1989.
SNI 03-1729-2002, Perecanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, Departemen Pekerjaan Umum, 2002. Zeghice, J. Chaoui, K., An Experimental Behaviour of Concrete-Filled Steel Tubular Columns, Journal of
