PROTEKSI ISI LAPORAN PENELITIAN: Dilarang menyalin, menyimpan, memperbanyak sebagian atau seluruh isi laporan ini dalam bentuk apapun kecuali oleh peneliti dan pengelola
administrasi penelitian
LAPORAN PENELITIAN INTERNAL UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG
IDENTITAS PENELITIAN
A. JUDUL PENELITIAN
KAPASITAS AKSIAL BALOK BAJA KASTELA BENTUK LUBANG SEGI EMPAT DENGAN PENGAKU BAJA TULANGAN
B. BIDANG, TEMA, TOPIK, DAN RUMPUN BIDANG ILMU Bidang Unggulan
Perguruan Tinggi
Tema Topik (jika ada) Rumpun Bidang Ilmu Teknik Sipil Struktur Baja Kastela
Modifikasi
Teknik Sipil
C. KATEGORI, SKEMA, TARGET TKT, DAN LAMA PENELITIAN
Kategori Skema Penelitian (Penelitian Dasar/Terapan/Pengembangan)
Target Akhir TKT
Lama Penelitian
(Tahun)
Penelitian Internal Dasar 1 tahun
D. IDENTITAS PENGUSUL Nama,
Peran (Ketua, Anggota 1, Anggota 2)
Institusi (Fakultas)
Program
Studi Tugas ID Sinta H-
Index Muhamad
Rusli Ahyar, ST., M.Eng
Fakultas Teknik
Teknik Sipil
Ir. H.
Prabowo, MT., Ph.D
Fakultas Teknik
Teknik Sipil
E. MITRA KERJASAMA PENELITIAN (JIKA ADA)
Pelaksanaan penelitian dapat melibatkan mitra kerjasama, yaitu mitra kerjasama dalam melaksanakan penelitian, mitra sebagai calon pengguna hasil penelitian, atau mitra investor
Mitra Nama Mitra
- -
F. LUARAN DAN TARGET CAPAIAN (Luaran Wajib)
Tahun
Luaran Jenis Luaran
Status target capaian (accepted, published, terdaftar atau granted,
atau status lainnya)
Keterangan (url dan nama jurnal, penerbit, url paten, keterangan sejenis lainnya)
Jurnal Nasional terakreditasi
draft
Luaran Tambahan
Tahun
Luaran Jenis Luaran
Status target capaian (accepted, published, terdaftar atau granted,
atau status lainnya)
Keterangan (url dan nama jurnal, penerbit, url paten, keterangan sejenis lainnya)
- - - -
G. ANGGARAN
Rencana anggaran biaya penelitian mengacu pada PMK yang berlaku dengan besaran minimum dan maksimum sebagaimana diatur pada buku Panduan Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat UNISSULA.
Total RAB: Rp. 9.000.000,-
LAPORAN PENELITIAN
Pengisian poin A sampai dengan poin G mengikuti template berikut dan tidak dibatasi jumlah kata atau halaman namun disarankan seringkas mungkin. Dilarang menghapus/memodifikasi template ataupun menghapus penjelasan di setiap poin.
A. HASIL PELAKSANAAN PENELITIAN
Tuliskan secara ringkas hasil pelaksanaan penelitian yang telah dicapai sesuai tahun pelaksanaan penelitian. Penyajian meliputi data, hasil analisis, dan capaian luaran (wajib dan atau tambahan). Seluruh hasil atau capaian yang dilaporkan harus berkaitan dengan tahapan pelaksanaan penelitian sebagaimana direncanakan pada proposal. Penyajian data dapat berupa gambar, tabel, grafik, dan sejenisnya, serta analisis didukung dengan sumber pustaka primer yang relevan dan terkini.
A.1. Latar Belakang
Baja castellated merupakan pengembangan bentuk dari profil baja IWF yang pada sepanjang badan profil dipotong dengan pola tertentu kemudian disambung kembali dengan cara dilas, sehingga membentuk profil baru dengan bukaan pada bagian badan profil.
Penggunaan balok baja castellated dalam konstruksi memiliki beberapa keuntungan, yaitu peningkatan kekakuan dan kuat lentur balok akibat inersia penampang yang semakin besar. Peningkatan besarnya inersia penampang didapat dari perubahan tinggi profil baja castellated yang lebih tinggi dari profil baja IWF sebelumnya tanpa disertai dengan perubahan berat sendiri. Selain itu, bukaan pada badan profil juga menambah nilai artistik dan memudahkan pekerjaan instalasi perpipaan.
Akan tetapi, kekurangan baja castellated adalah terjadi mekanisme vierendeel yang disebabkan oleh terbentuk sendi-sendi plastis pada sudut- sudut bukaan badan profil.
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Oliveira (2012), mekanisme vierendeel yang terjadi pada balok castellated bentuk lubang segi empat penuh mengakibatkan penurunan kapasitas balok castellated menjadi lebih kecil dari pada profil IWF sebelumnya akibat munculnya sendi-sendi plastis pada sudut-sudut bukaan badan profil.
Sedangkan menurut Ahyar (2017), penambahan pengaku baja tulangan silang pada balok baja castellated bentuk lubang segi empat penuh dapat memperkecil kemungkinan terjadinya kegagalan vierendeel sehingga meningkatkan kapasitas lentur balok castellated. Hasil perhitungan teoritis dapat dilihat pada tabel 1.1.
Tabel 1. Hasil Perhitungan Teoritis
Model Struktur Kapasitas Beban (kN) Persentase (%)
IWF 150x75x5x7 55.82 0
Balok castellated tanpa pengaku
baja tulangan 18.16 -67.46
Balok castellated sebagai Truss 84.05 50.57
Adanya geometri truss pada struktur baja castellated maka analisa untuk mendapatkan nilai kekuatan akan lebih mudah, sehingga dapat dilakukan optimasi struktur. Salah satu optimasi yang bisa dilakukan adalah dengan memposisikan struktur baja castellated sebagai elemen kolom atau struktur vertikal. Penelitian struktur baja castellated sebagai kolom dimodelkan dan dianalisis menggunakan bantuan software SAP 2000 dan divalidasi menggunakan hitungan manual.
A.2. Metode Penelitian
Pemodelan benda uji pada penelitian ini menggunakan baja profil IWF 200x100x5.5x8 yang pada sepanjang badan profil dipotong mengikuti suatu alur tertentu sehingga membentuk pola bukaan segi empat dengan lebar lubang 130 mm. Hasil pemotongan baja profl IWF terebut kemudian disambung kembali dengan cara dilas sehingga menjadi struktur baja castellated dengan dimensi 362x100x5.5x8 dan bentang 3000 mm. Spesifikasi dan sketsa penampang baja castellated bentuk lubang segi empat dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Sketsa Penampang Memanjang struktur Castellated Bentuk Lubang Segi Empat dengan Pengaku Baja Tulangan Silang
Menurut Chahyo dan Enggal (2019), lubang struktur castellated 130 mm memiliki pengaku optimal berupa tulangan baja dengan diameter 16 mm. Data optimasi dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gambar 2 di bawah. Atas dasar itu pada model benda uji struktur castellated digunakan dimensi pengaku yang sama, yaitu tulangan baja diamter 16 mm.
Tabel 1. Hasil Perbandingan Variasi tulangan pada balok baja castellated lebar lubang 130 mm
Diameter Pengaku Tulangan
Kapasitas Beban
Analisa Numerik Analisa Pushover 10 mm
12 mm 16 mm 19 mm
56.32 kN 84.04 kN 89.84 kN 89.84 kN
58.80 kN 83.00 kN 88.74 kN 89.17 kN
Gambar 2. Perbandingan Kapasitas Beban Balok Castellated dengan Variasi pengaku tulangan
Pada Tabel 1. dan Gambar 2 dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan kapasitas beban jika digunakan pengaku tulangan diameter 16 mm dibandingkan dengan pengaku tulangan dengan diameter yang lebih kecil. Akan tetapi jika digunakan pengaku tulangan diameter 19 maka nilai kapasitas beban cenderung stabil tidak ada kenaikan.
Dari data-data yang telah dijelaskan di atas maka struktur castellated yang dimodel kan sebagai struktur kolom dapat dilihat pada gambar 3 di bawah. Struktur castellated dimodelkan dengan menggunakan bantuan software SAP 2000.
Gambar 3. Pemodelan struktur kolom baja castellated pada SAP2000
A.3. Analisa Kuat Momen Nominal A.3.1. Kuat Momen Arah Sumbu Kuat
Analisa Kuat Momen Nominal Arah Sumbu Kuat mengikuti panduan SNI-1729-2015 bahwa tinjauan kekuatan dilihat dari kuat elemen sayap profil dan tulangan baja dalam
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
d10 d12 d16 d19
Kapasitas Beban (kN)
Numerik Pushover
menahan gaya tekan. Gaya tekan nominal yang terjadi pada elemen sayap dan tulangan baja dapat dilihat pada tabel 2 berikut:
Tabel 2. Kuat tekan elemen pada struktur castellated
Elemen Kuat tekan
Kondisi tumpuan Jepit Kondisi Tumpuan Sendi Sayap Profil
Baja tulangan d16
186.13 kN 46.11 kN
169.6 kN 40.23 kN
Dari data Tabel 2 di atas, maka dilakukan analisis iterasi untuk mendapatkan nilai beban terpusat maksimal yang bisa ditahan oleh struktur castellated. Dari proses iterasi ini didapat nilai beban maksimal sebesar 89.84 kN. Dengan beban ini akan didapatkan gaya aksial yang terjadi pada elemen sayap profil sebesar 186.13 kN dan gaya aksial pada baja tulangan sebesar 26.77 kN. Karena nilai gaya aksial sama dengan kuat tekan pada elemen sayap maka kegagalan terjadi pada elemen sayap. Proses iterasi ini dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah. Beban maksimal sebesar 89.84 kN dapat dikonversi menjadi Kuat Momen Nominal yaitu sebesar 67.38 kNm.
Gambar 4. Proses Iterasi dengan nilai beban 89.84 kN
Analisis Pushover menggunakan bantuan program SAP 2000 menunjukkan bahwa Struktru Castellated mampu menahan beban maksimal sebesar 88.74 kN. Beban maksimal ini dikonversi menjadi kuat momen nominal sebesar 66.56 kNm. Hasil output dari analisa pushover SAP 2000 berupa kurva beban-lendutan dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6 di bawah.
0 50 100 150 200
Sayap Profil Baja Tulangan
Gaya Aksial (kN)
Kuat Tekan Gaya Aksial
Gambar 5. Kurva Beban-Lendutan Analisa Pushover SAP 2000
Gambar 6. Kondisi Lendutan dan Posisi Kegagalan pada Struktur Castellated
Sebagai pembanding, Kuat lentur nominal profil IWF 200x100x5.5x8 dihitung berdasarkan SNI-1729-2015 didapatkan nilai 48,65 kNm. Hal ini artinya proses pembuatan struktur castellated dapat menaikkan kuat lentur dari 48.65 kNm menjadi 66.56 kNm atau terjadi peningkatan sebesar 36,81 %.
A.3.2. Momen Nominal Arah Sumbu Lemah
Berdasarkan SNI-1729-2015 untuk klasifikasi penampang yang kompak, maka nilai momen nominal arah sumbu lemah profil IWF dihitung berdasarkan kekuatan dari modulus penampang plastis elemen sayap. Struktur baja castellated 362x100x5.5x8 memiliki nilai modulus penampang leleh sebesar 40000 mm3. Momen nominal arah sumbu lemah didapatkan dengan cara mengalikan modulus penampang plastis dan nilai tegangan material baja. Hasilnya adalah momen nominal arah sumbu lemah sebesar 9.6 kNm. Dengan cara yang sama dapat dihitung momen nominal arah sumbu lemah dari profil IWF 200x100x5.5x8 adalah sebesar 9.93 kNm. Dari analisa ini sistem castellated tidak ada pengaruh yang signifikan dalam peningkatan momen nominal arah sumbu lemah. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 7 di bawah.
Step 10, P = 88.74 kN
Gambar 7. Momen Nominal arah sumbu lemah
A.4. Analisa Kuat Aksial
Kuat aksial tekan profil IWF 200x100x5.5x8 dapat dihitung berdasarkan SNI-1729-2015 tentang tekuk lentur. Tegangan kritis dihitung terhadap rasio kelangsingan profil seperti tercantum pada persamaan (1), (2), dan (3). Jika nilai K = 1.0, maka nilai tegangan kritis adalah 97.89 Mpa. Tegangan kritis ini yang mempengaruhi nilai kuat aksial tekan profil IWF.
Dihitung menggunakan persamaan (4) maka didapatkan nilai kuat aksial tekan profil IWF sebesar 255 kN.
𝐹𝑒 = 𝜋2𝐸
(𝐾𝐿/𝑟)2 (1)
𝐾𝐿
𝑟𝑚𝑖𝑛< 4.71√𝑓𝐸
𝑦 (2)
𝐹𝑐𝑟 = (0,658240482) 𝐹𝑦 (3)
𝑃𝑛 = 𝐹𝑐𝑟 × 𝐴 (4)
Dimana: Fe = tegangan efektif (Mpa), E = modulus elastisitas (Mpa), K = konstanta bentang efektif, L = panjang bentang elemen (mm), r = jari-jari girasi (mm), fy = tegangan leleh (Mpa), Fcr = tegangan kritis (Mpa), Pn = Kuat tekan nominal (N), A = Luas penampang elemen (mm2).
Hasil keluaran analisa pushover untuk kuat aksial tekan struktur baja castellated dapat dilihat pada tabel 3 dan Gambar 8 di bawah. Nilai kuat aksial tekan struktur baja castellated adalah sebesar 409,89 kN. Terjadi peningkatan yang cukup signifikan sebesar 60.78 % dari kuat aksial profil IWF asli. Hal ini disebabkan oleh tulangan silang pada struktur castellated berfungsi sebagai pengaku, sehingga nilai panjang efektif, Lb, menjadi lebih pendek. Semakin kecil nilai panjang efektif struktur maka kuat tekan akan semakin besar.
0 2 4 6 8 10 12
Castellated 362x100x5.5x8
IWF 200x100x5.5x8 Momen Nominal arah sb.lemah (kNm)
Tabel 3. Kuat aksial struktur baja castellated hasil analisa pushover Step Deformasi
(mm)
Kuat Aksial (kN)
0 0,00 0,00
1 0,60 104,13
2 1,20 208,23
3 1,80 312,29
4 2,29 397,59
5 3,15 409,89
6 3,15 119,28
7 3,95 129,84
8 4,55 129,65
9 5,15 129,47
10 5,54 129,34
11 6,00 127,94
Gambar 8. Kurva Kuat Aksial-Deformasi Analisa Pushover
A.5. Kurva Interaksi Aksial-Momen
Kurva interaksi aksial-momen digunakan untuk menentukan keamanan struktur kolom dalam menahan kombinasi gaya aksial dan gaya momen. Khusus untuk struktur baja pembuatan kurva interaksi aksial-momen dapat mengikuti persamaan (5) dan (6) di bawah.
Jika 𝑃𝑟
𝑃𝑐≥ 0.2 maka 𝑃𝑟
𝑃𝑐+8
9(𝑀𝑟𝑥
𝑀𝑐𝑥+𝑀𝑟𝑦
𝑀𝑐𝑦) ≤ 1.0... (5) Jika 𝑃𝑟
𝑃𝑐< 0.2 maka 2𝑃𝑃𝑟
𝑐+ (𝑀𝑀𝑟𝑥
𝑐𝑥+𝑀𝑀𝑟𝑦
𝑐𝑦) ≤ 1.0 ... (6)
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Kuat Aksial Struktur Castellated (kN)
Deformasi (mm)
Dimana: Pr = gaya aksial (N), Pc = kuat tekan nominal (N), Mrx = gaya momen arah sumbu kuat (Nmm), Mry = gaya momen arah sumbu lemah (Nmm), Mcx = momen nominal arah sumbu kuat (Nmm), Mcy = momen nominal arah sumbu lemah (Nmm).
Dengan menggunakan data-data analisis yang tercantum pada poin A.2., A.3., dan A.4 maka diperoleh kurva interaksi aksial-momen baik arah sumbu kuat maupun sumbu lemah seperti pada Gambar 9 dan Gambar 10 di bawah.
Gambar 9. Kurva Interaksi Aksial-Momen Arah Sumbu Kuat
Gambar 10. Kurva Interaksi Aksial-Momen Arah Sumbu Lemah
Dari gambar 9 dan Gambar 10 di atas dapat dilihat dari kombinasi aksial nominal dan momen nominal, peningkatan paling besar terjadi pada arah sumbu kuat dari pada arah sumbu lemah. Hal ini disebabkan karena proses castellated secara efektif hanya meningkatkan nilai momen nominal arah sumbu kuat, sedangkan momen nominal arah sumbu lemah cenderung tidak ada peningkatan.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 10 20 30 40 50 60 70
Aksial Tekan Nominal
Momen Nominal arah Sumbu X IWF 200x100 Castellated 362x100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 2 4 6 8 10 12
Aksial Tekan Nominal (kN)
Momen Nominal Arah Sumbu Y (kNm) IWF 200x100 Castellated 362x100
B. STATUS LUARAN
Tuliskan jenis, identitas dan status ketercapaian setiap luaran wajib dan luaran tambahan (jika ada) yang dijanjikan. Jenis luaran dapat berupa publikasi, perolehan kekayaan intelektual, hasil pengujian atau luaran lainnya yang telah dijanjikan pada proposal. Uraian status luaran harus didukung dengan bukti kemajuan ketercapaian luaran sesuai dengan luaran yang dijanjikan. Lengkapi keterangan jenis luaran yang dijanjikan serta mengunggah bukti dokumen ketercapaian luaran wajib dan luaran tambahan melalui Sippmas.
Luaran hasil penelitian masih berupa draft yang akan disubmit ke jurnal nasional terakreditasi.
C. PERAN MITRA
Tuliskan realisasi kerja sama dan kontribusi Mitra baik in-kind maupun in-cash (untuk Penelitian Terapan dan Penelitian Pengembangan). Bukti pendukung realisasi kerja sama dan realisasi kontribusi mitra dilaporkan sesuai dengan kondisi yang sebenarnya. Bukti dokumen realisasi kerja sama dengan Mitra dilampirkan bersama laporan ini.
Tidak ada mitra
D. KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN
Tuliskan kesulitan atau hambatan yang dihadapi selama melakukan penelitian dan mencapai luaran yang dijanjikan, termasuk penjelasan jika pelaksanaan penelitian dan luaran penelitian tidak sesuai dengan yang direncanakan atau yang dijanjikan.
Tidak ada kendala yang bisa sampai mengganggu pelaksanaan penelitian. Karena proses pelaksanaan penelitian hanya menggunakan analisis yang dilakukan di laboratorium komputer.
Hanya terdapat sedikit kendala yaitu kurangnya literasi berupa artikel dari jurnal-jurnal internasional bereputasi yang bisa dijadikan daftar pustaka.
E. KESIMPULAN DAN SARAN
Tuliskan dan uraikan kesimpulan dari pelaksanaan dan hasil penelitian yang sudah dilaksanakan dalam bentuk poin (1., 2., dst). Tuliskan dan uraikan saran untuk kemungkinan dilanjutkannya penelitian berikutnya, baik oleh peneliti yang bersangkutan maupun oleh peneliti lainnya dalam bentuk poin (1., 2., dst).
E.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Peningkatan momen nominal arah sumbu kuat akibat proses castellated sebesar 36.81%
2. Proses castellated tidak mempengaruhi besarnya nilai momen nominal arah sumbu lemah.
3. Peningkatan kuat aksial tekan pada struktur baja castellated sebesar 60.78%
E.2. Saran
Saran-saran yang dapat disampaikan terkait kegiatan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Perlu adanya uji laboratorium lanjutan agar hasil analisis pushover lebih valid
2. Baja castellated yang akan dijadikan suatu struktur kolom memiliki ketinggian terbatas, karena adanya parameter panjang efektif elemen.
3. Perlu adanya tinjauan khusus mengenai nilai tegangan dan regangan pada struktur baja castellated sehingga akan bisa diketahui jenis kegagalan yang terjadi.
F. DAFTAR PUSTAKA
Penyusunan Daftar Pustaka berdasarkan sistem nomor sesuai dengan urutan pengutipan.
Hanya pustaka yang disitasi pada laporan kemajuan yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka.
1. Ahyar, Muhamad Rusli., 2017, Perilaku Lentur Balok Castellated Bentuk Lubang Segi Empat Dengan Pengaku Baja Tulangan Silang, Yogyakarta : Tesis S2 Universitas Gadjah Mada
2. Ahyar, M.R., Murtopo, A., Satyarno, I., & Siswanto,M.F (2018). Full Height Rectangular Opening Castellated Steel Beam with Diagonal Stiffener, Trans Tech Publlication, 881, 152.
3. Muhamad Rusli Ahyar, Rachmat Mudiyono, 2017, The Flexural Behavior of the Full Height Rectangular Opening Castellated Steel Beam with Diagonal Stiffener, International Conference on Coastal and Delta Areas Vol.3 pp 505-510
4. Amelia, Roza, 2012, Perilaku Lentur Castellated Beam Bentuk Bukaan Lubang Segi Empat dengan Tulangan Sengkang, Wire Rope, dan Komposit Mortar, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta
5. Badan Standardisasi Nasional, 2013, SNI-03-1729-2015 Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, Jakarta
6. Gandomi, A.H., dkk., 2011, A New Prediction Model for The Load Capacity of Castellated Steel Beams, Journal of Constructional Steel Research
7. Kerdal dan Nethercot, 1984, Failure modes for castellated beams, Journal of Constructional Steel Research 4(4):295-315
8. Oliveira, A. T. C. R. D., 2012, Perilaku Lentur Balok Castellated Bentuk Lubang Segi Empat Dengan Tulangan Da Komposit Mortar, Yogyakarta : Tesis S2 Universitas Gadjah Mada
9. Satyarno, Iman, et al, 2017, Full Height Rectangular Opening Castellated Steel Beam Partially Encased in Reinforced Mortar, Procedia Engineering 171 (2017) 176-184 10. Muhamad Rusli A, Prabowo Setiawan, Dessy Maimunah, dan Destia Wulandari, 2019,
The Effect of Hole Width on Full Height Rectangular Opening Castellated Steel Beam with Diagonal Stiffener Concerning Its Flexural Capacity, Journal of Advanced Civil and Environmental Engineering Vol.2 No.2 pp 76-84
11. Dessy Maimunah, dan Destia Wulandari, 2019, Analisa Pengaruh Variasi Lebar Lubang Pada Balok Castellated Bentuk Lubang Segi Empat Dengan Pengaku Baja Tulangan, Semarang: Tugas Akhir S1 Universitas Islam Sultan Agung
12. Chahyo Tri Adinata dan Enggal Sukadana, 2019, Pengaruh Variasi Diameter Baja Tulangan Terhadap Balok Kastela (Castellated Beam) Bentuk Lubang Segi Empat dengan Pengaku Baja Tulangan Silang, Semarang: Tugas Akhir S1 Universitas Islam Sultan Agung
G. LAMPIRAN
Lampirkan dokumen-dokumen dan foto pendukung kegiatan dan laporan.
