Received : Accepted: Published :
Studi Eksperimental Kuat Lentur Baja Ringan Profil C Sebagai Komponen Rangka Atap
Yudi Pranoto1*, Sujiati Jeprini2, Rio Haekal Offari3
1,2,3Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Samarinda
*yudipranoto@polnes.ac.id
Abstract
Cold frame is one of the alternatives to address the problem of the durability of the wood, but cold frame has a number of drawbacks, namely the high gravity, not easy in the manufacture of large span and require extra supervision strictly in its implementation and to make it. The purpose of this study is to analyze how big the power supple of profile C75.75.0,75 mild steel from three different products. Expect in this research, profile C-steel light can be used as a replacement of the roof frame of timber and concrete without overriding the power of the light steel profile C. From the results obtained as a result of the strong bending light steel C profile of each product. Powerful bending light steel profile C75.75.0,75 product Chi-Chi with span 1 m produced deflection of 14.7833 mm, the maximum load amounted to 86.8000 Kg and elastic tension of 1.0914 Kg/mm2, whereas in the span of 1.5 m with the same products and specifications the resulting deflection of 52.9533 mm, the maximum load of 80.0000 Kg and elastic tension of 1.0508 Kg/mm2. Powerful bending light steel profile C75.75.0,75 1 m span Truss with products generated deflection of 20.7600 mm, the maximum load amounted to 151.3333 Kg and elastic tension of 1.9512 Kg/mm2, whereas in the span of 1.5 m with the same products and specifications the resulting deflection of 43.6767 mm, the maximum load amounted to 126.3333 Kg and elastic tension of 1.4567 Kg/mm2. Powerful bending light steel profile C75.75.0 .75 product Kaso with span 1 m produced deflection of 21.0133 mm, the maximum load amounted to 164.0000 Kg and elastic tension of 2.1129 Kg/mm2, whereas in the span of 1.5 m with the same products and specifications the resulting deflection of maximum load 43.3333 mm amounted to 110.3333 Kg and elastic tension of 1.4379 Kg/mm2.
Keywords : cold frame, displacement, tension
Abstrak
Baja ringan merupakan salah satu alternatif untuk mengatasi kelemahan kayu dari masalah keawetan.
Namun baja ringan mempunyai kelemahan yaitu tidak mudah dalam pembuatan bentang panjang dan memerlukan pengawasan ekstra ketat dalam pelaksanaan dan pembuatannya. Pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar kekuatan lentur dari profil C75.75.0,75 baja ringan dari tiga produk yang berbeda. Dari hasil penelitian didapatkan hasil dari kuat lentur profil C baja ringan dari masing masing produk. Kuat lentur profil baja ringan C75.75.0,75 produk Chi-Chi dengan bentang 1m dihasilkan lendutan sebesar 14,7833 mm, beban maksimal sebesar 86,8 Kg dan tegangan lentur sebesar 1,0914 Kg/mm2, sedangkan pada bentang 1,5 m dengan spesifikasi dan produk yang sama dihasilkan lendutan sebesar 52,9533 mm, beban maksimal sebesar 80 Kg dan tegangan lentur sebesar 1,0508 Kg/mm2. Kuat lentur profil baja ringan C75.75.0,75 produk Truss dengan bentang 1m dihasilkan lendutan sebesar 20,7600 mm, beban maksimal sebesar 151,3333 Kg dan tegangan lentur sebesar 1,9512 Kg/mm2, sedangkan pada bentang 1,5 m dengan spesifikasi dan produk yang sama dihasilkan lendutan sebesar 43,6767 mm, beban maksimal sebesar 126,3333 Kg dan tegangan lentur sebesar 1,4567 Kg/mm2. Kuat lentur profil baja ringan C75.75.0,75 produk Kaso dengan bentang 1m dihasilkan lendutan sebesar 21,0133 mm, beban maksimal sebesar 164 Kg dan tegangan lentur sebesar 2,1129 Kg/mm2, sedangkan pada bentang 1,5 m dengan spesifikasi dan produk yang sama dihasilkan lendutan sebesar 43,3333 mm, beban maksimal sebesar 110,3333 Kg dan tegangan lentur sebesar 1,4379 Kg/mm2.
Kata kunci : profil baja, lendutan, tegangan
1. Pendahuluan
Pembangunan suatu gedung telah mengenal tiga jenis bahan utama yang di gunakan yaitu : baja, beton dan kayu. Di samping itu, sering juga digunakan baja ringan sebagai konstruksi rangka atap. Pemakaian rangka atap baja ringan untuk atap rumah sebagai pengganti kayu saat ini semakin popular. Tetapi perlu diperhatikan mengenai hal teknis mendasar sebelum memutuskan untuk memakainya, terutama untuk menghindari kesalahan-kesalahan yang nantinya dapat merugikan kita sebagai konsumen rangka baja atap ringan. Konstruksi rangka atap baja ringan digunakan pada bentang yang tidak terlalu besar. Pada bangunan dengan bentang kuda-kuda yang besar, tidak direkomendasikan menggunakan rangka atap baja ringan. Berbeda dengan baja konvensional weld mild steel atau yang lebih dikenal dengan sebutan profil WF dan besi siku yang bisa digunakan untuk bentang kuda- kuda yang besar.
Baja ringan merupakan salah satu alternatif untuk mengatasi kelemahan kayu dari masalah keawetan, tetapi baja ringan mempunyai beberapa kelemahan yaitu berat jenis tinggi, tidak mudah dalam pembuatan bentang besar dan memerlukan pengawasan ekstra ketat dalam pelaksanaanya dan pembuatanya. Penggunaan material baja ringan yang dikombinasikan usuk profil C dan reng adalah suatu alternative untuk mengatasi kelemahan dari penggunaan material rangka atap beton dan kayu, sehingga penggunaanya cukup populer. Penggunaan material ini memerlukan penanganan khusus dalam penyambungan dengan baut baja ringan, peralatan, dan sisa material baja ringan.
Produk yang dihasilkan industri baja untuk konstruksi baja dapat dikelompokan menjadi dua bagian, yaitu : (1) baja profil hasil canai panas (hotrolled shapes), dan profil yang dibentuk dari pelat.,(2) baja profil yang di bentuk dalam keadaan dingin (cold formed
steel section) yang materialnya dapat berupa lembaran pelat baja, pelat strip dengan ketebalan yang berkisar dari 0,019 inchi (0,4 mm) sampai 2,5 inchi (6,4 mm). Dengan semakin banyaknya produk/merk baja ringan pada zaman sekarang ini, maka penting sekali untuk diperhatikan baik dari segi mutu biaya serta kelebihan dan kekurangan pada masing- masing produk/merk. Salah satu faktor mutu yang harus di perhatikan pada profil baja ringan kanal ialah lendutan serta lentur yang terjadi pada profil baja ringan kanal ini.
Dengan latar belakang permasalahan seperti yang diuraikan diatas, maka penulis berinisiatif untuk meneliti profil baja ringan kanal dengan menguji baja ringan tersebut di laboraturium untuk melihat kuat lentur dan lendutan yang dapat diterima dari masing- masing produk. Lalu akan penulis tuangkan dalam laporan penelitian berupa perbandingan antara perhitungan teoritis dengan hasil pengujian yang penulis lakukan.
2. Tinjauan Pustaka
Profil struktur baja cold formed steel (CFS) adalah komponen yang berkualitas struktural dari lembaran baja yang dibentuk model tertentu dengan proses press-braking atau roll forming (Gambar 1). Suhu tidak diperlukan dalam proses pembentukan (tidak seperti baja hot-rolled), oleh sebab itu disebut cold-formed. Biasanya baja cold- formed merupakan komponen yang tipis, ringan, mudah untuk diproduksi, dan murah dibandingkan baja hot-rolled [ CITATION Mut07 \l 14345 ] (1).
Gambar 1. Proses pembentukan profil baja (Yu, 2000) (2)
Struktur rangka atap adalah salah satu bagian penting dalam konstruksi bangunan. Royani (2011) berpendapat bahwa, struktur atap adalah
bagian bangunan yang menahan atau mengalirkan beban-beban dari atap.
Adapun faktor-faktor yang menunjang kekuatan struktur atap menurut Danang (2007) adalah:
a. Jenis material yang digunakan
Bahan material yang akan digunakan untuk struktur atap yang kuat harus memiliki sifat awet, ringan dan presisi. Atap dikatakan kuat bila mampu menahan besarnya beban yang bekerja pada stuktur atap tersebut.
b. Bentuk atap
Bentuk atap harus mampu menahan derasnya air hujan, sengatan matahari dan kuatnya dorongan angin. Bentuk atap harus disesuaikan pula dengan ketinggian bangunan. Semakin tinggi sebuah bangunan maka akan semakin kuat tekanan angin pada atap sehingga haus disesuaikan dengan kemiringan atapnya pula.
c. Proses pengerjaan
Pengerjaan atap harus melaui pertimbangan dan persyaratan yang telah ditentukan sesuai dengan karakteristik bahan yang akan digunakan. Karakteristik tersebut antara lain bentangan dan detail pada sambungan.
Suhu tidak diperlukan dalam proses pembentukan (tidak seperti baja hot-rolled), oleh sebab itu disebut cold-formed. Biasanya baja cold-formed merupakan komponen yang tipis, ringan, mudah untuk diproduksi, dam murah dibandingkan baja hot-rolled (Mutawalli, 2007).
Menurut Wei Wen Yu (2000), fenomena khas konstruksi baja canai dingin yang perlu dipertimbangkan dalam desain, sebagai berikut :
a. Tekuk lokal dan kekuatan pasca tekuk
Elemen struktur baja ringan umumnya mempunyai tebal yang relatif kecil sehingga
mudah mengalami tekuk lokal (setempat) akibat tegangan tekan meskipun kondisi masih elastis (belum mencapai tegangan leleh).
Tegangan tekan tersebut dapat timbul akibat gaya tekan, momen, gaya geser atau tumpu.
Jadi tekuk lokal menjadi kriteria penting dalam perencanaan. Meskipun demikian, hal
yang menaril bahwa elemenbaja ringan pada kondisi tegangan tekuk teoritis belum tentu runtuh, dari hasil penelitian diketahui bahwa elemen baja canai dingin tetap dapat memikul beban setelah pasca tekuk.
b. Kekakuan Torsi
Elemen struktur baja ringan umumnya langsing dan berupa penampang terbuka sehingga mempunyai kekakuan torsi berbanding lurus terhadap ketebalan (sebesar t3) sehingga kekuatannya relatif kecil terhadap torsi. Kecuali itu bentuk profil C banyak dipakai pada baja canai dingin yang shearcenter nya berada di luar titik berat (center of gravity) penampang.
Kondisi tersebut menyebabkan tekuk lentur torsi menjadi factor kritis dalam perecanaan kolom.
c. Pelat Pengaku (stiffner) pada elemen tekan Sangat membantu meningkatkan tahanan terhadap tekuk, bentuk yang dapat digunakan adalah pengaku tepi (edge stiffner) dan pengaku di tengah (intermediate stiffner).
d. Sifat- sifat properti yang bervariasi
Akibat adanya bagian yang berpengaku dan tidak berpengaku mengakibatkan keseluruhan lebar penampang hanya akan efektif jika rasio lebar atau jika gaya tekan bekerja kecil. Tetapi karena rasio lebar yang besar maka bagian penampang berpengaku akan bekerja yang lebih efektif pada saat tekuk lokal telah terjadi. Sebagai hasilnya, distribusi gaya tekan tidak
seragam pada keseluruhan
penampang.Untuk itu maka properti penampang didasarkan pada luas efektif.
e. Sistem Sambungan
Pada sambungan baut, kelebihan bagian yang disambung relatif tpis pada baja ringan dibanding baja biasa (hot-rolled).
Baja cold-formed berbentuk lembaran sheet atau strip sebaran yang sempit antara tegangan leleh (fy) dan kuat tariknya (fu), sehingga perilaku sambungan baut berbeda antara baja cold-formed dan hot-rolled, khususnya pada kekuatan tumpu dan tegangan tarik.
f. Kekuatan Tumpu Ujung dari Baja Tipis Tekuk pada badan menjadi masalah kritis cold-formed karena :
1. Pemakaian pelat pengaku pada tumpuan atau lokasi beban terpusat adalah tidak praktis pada konstruksi cold-formed
2. Rasio tinggi badan relatif lebih besar dibanding profil hot-rolled
g. Batasan Ketebalan
Yang paling penting adalah rasio lebar/tebal dari elemen tekan dan satuan tegangan yang digunakan.
h. Perencanaan Plastis
Konstruksi cold-formed dianggap tidak dapat menghasilkan mekanisme sendi plastis apabila dikategorikan sebagai penampang langsing yang tidak memenuhi persyaratan.
Krisma Hanggarsari 2012 (3), Penambahan plat cover pada baja ringan yaitu berpengaruh kepada lendutan, semakin tebal plat cover yang digunakan maka semakin kecil lendutan yang ditimbulkan akibat berat yang diberikan.
Selain itu, penambahan cover plat sangat mempengaruhi nilai dari tegangan pada gording. Penambahan cover plat sangat bermanfaat bagi konstruksi baja ringan.
Sesuai dengan SNI 7971:2013 (4), struktur beserta komponen-komponen strukturnya harus disesain terhadap aksi dan kombinasi aksi sesuai dengan SNI 1727, sedangkan pembebanan yang digunakan mengacu pada
Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung tahun1987 (5).
3. Metoda Penelitian
3.1.Waktu Dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan April 2019 di Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Negeri Samarinda. Tepatnya di lab struktur, Laboratorium, Politeknik Negeri Samarinda.
3.2.Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian ini dilakukan secara rinci sesuai dengan flow chart di bawah ini (Gambar ).
Gambar 1. Flow Chart Penelitian
Perhitungan A dan I
Perbandingan
Menghentikan pembebanan saat terjadi kegagalan benda uji mengalami runtuh
Setting benda uji, alat uji tekan, pemasangan dial gauge
(lendutan)
Kontrol lendutan Δmax =
Mencatat Nilai Δ saat benda uji menalami runtuh
Pembahasan Kontrol
Penampang λ ≤ λr
≤ λp Momen max Mmax =¼ PL
Persiapan Pengujian Laboratorium
Kesimpulan
Selesai Mulai
Penentuan Spesifikasi Benda Uji
Setting Pembebana
n
Pengujian Laboratorium
Pemberian Beban P Perhitungan
Teoritis
Perakitan benda uji
4. Hasil Penelitian 4.1. Set Up Pengujian
Pengujian lentur dilakukan sesuai dengan set up dibawah ini :
Gambar 2. Set Up Pengujian 4.2. Pengujian di laboratorium
Gambar 2. Pengujian di laboratorium 4.3. Hasil pengujian laboratorium
0 5 10 15 20 25
0 40 80 120 160 200
Hubungan Antara Beban Dengan Lendutan Bentang 1 m
Chi-Chi Truss Kaso
∆ (mm)
P (Kg)
Gambar 2. Grafik hubungan antara beban dan lendutan pada bentang 1 m
Dari hasil grafik hubungan antara lendutan dan beban pada bentang 1 m di atas dapat dilihat perilaku yang terjadi pada ketiga merk tersebut. Jika dilihat dari lendutan izinnya (∆izin = 4,167 mm), maka nilai beban (P) terbesar adalah merk kaso dengan beban 54,80 kg sedangkan beban terkecil terjadi pada merk Chi-chi dengan beban maksimal yang bisa ditahan sebesar 50,70 kg.
Sedangkan lendutan yang terjadi pada saat beban maksimal lendutan (∆) terbesar adalah merek Kaso dengan lendutan 21,013 sedangkan yang terkecil adalah Chi-Chi
sebesar 14,783 mm.
0 10 20 30 40 50
0 20 40 60 80 100 120 140
Hubungan Antara Beban Dengan Lendutan Bentang 1,5m
Chi-Chi Truss Kaso
∆ (mm)
P (Kg)
Gambar 2. Grafik hubungan antara beban dan lendutan pada bentang 1,5 m
Dari hasil grafik hubungan antara lendutan dan beban pada bentang 1,5 m di atas dapat dilihat perilaku yang terjadi pada ketiga merk tersebut. Jika dilihat dari lendutan izinnya (∆izin = 6,250 mm), maka nilai beban (P) terbesar adalah merk Truss = 29,9000 Kg sedangkan beban terkecil terjadi pada merk Chi-Chi = 18,00 Kg.
Sedangkan lendutan (∆) terbesar adalah merek Chi-Chi sebesar 52,95 mm sedangkan yang terkecil merek Kaso sebesar 43,33 mm.
MERK CHI-CHI
MERK TRUSS
MERK KASO 0
50 100 150 200 250
Perbandingan Beban Maksimal (Bentang 1 m)
Uji Lab Hitung Teoritis SAP 2000
Pmaks (Kgf)
Gambar 2. Grafik perbandingan beban maksimal secara analitis dan hasil uji lab pada bentang 1 m
MERK CHI-CHI
MERK TRUSS
MERK KASO 0
50 100 150 200 250
Perbandingan Beban Maksimal (Bentang 1,5m)
Uji Lab Hitung Teoritis SAP 2000
Pmaks (Kgf)
Gambar 2. Grafik perbandingan beban maksimal secara analitis dan hasil uji lab pada bentang 1,5 m
Dari hasil perbandingan nilai beban maksimal (Pmaks) pada bentang 1 m dan 1,5 m antara pengujian laboraturium, hitung manual dan pengecekan SAP dapat dilihat bahwa pada hasil uji lab memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai perhitungan manual dan pengecekan SAP. Sedangkan untuk nilai hasil perhitungan manual dan pengecekan SAP
memiliki nilai yang sama. Untuk nilai beban maksimal terbesar secara teoritis pada 3 metode terdapat pada merk Kaso.
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis dan pengujian di laboratorium, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Baja ringan hasil pengujian di laboratorium yang mampu menahan beban terbesar pada bentang 1 meter adalah merk kaso dengan beban 54,80 kg dengan displacement , sedangkan pada bentang 1,5 meter adalah merk Truss yaitu sebesar 29,90 Kg.
2. Terdapat perbedaan daya tahan baja ringan antara teoritis dengan uji laboratorium yaitu sebesar …. %.
6. Saran
Diperlukan adanya penelitian lebih lanjut untuk variasi bentang yang lebih panjang sesuai kebutuhan lapangan.
7. Daftar Pustaka
[1] Multawalli M. 2010. Stabilitas Sambungan Struktur Baja Ringan SMART FRAME Type-T Terhadap Beban Siklik Pada Rumah Sederhana Tahan Gempa, Tesis Program Pasca Sarjana. Jakarta: Universitas Gajah Mada.
[2] Wei-Wen Yu, Ph.D., P.E. 2000. Cold Formed Steel Design. New York: John Wiley & Sons.
[3] Hanggarsari K, 2012. Analisis Dan Pengujian Model Baja Ringan Dengan Variasi Cover Plat, skripsi Universitas jember
[4] Badan Standarisasi Nasional. 2013. Struktur Baja Canai Dingin (SNI 7971:2013).
Jakarta: BSN.
[5] Departemen Pekerjaan Umum. 1987.
Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (SKBI-1.3.5.3-1987).
Jakarta : Yayasan Badan Penerbit PU.
