Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional
ANALISA TEKUK KOLOM BAJA RINGAN
( ZINCALUME ) DAN BAJA KONVENSIONAL
(Studi Literature)
TUGASAKHIR
DlAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS-TUGAS DAN MEMENlfHl
SYARAT UNTUK MENEMPUH UJIAN SARJANA TEKNIK SIPIL
Disusun Oleh :
JESANNA OKTAVIA SlAG IAN
NIM : 050424 011
JURVSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM PENDIDlKAN EKSTENSION
UNIVERSITAS SUMATERA UT ARA
MEDAN
ｾ
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
rahmat Karunia-NYA yang telah memberikan petunjuk, kesehatan. dan kekuatan
kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
untuk menempuh ujian sarjana pada fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas
Sumatera Utara. Program Pendidikan Ekstension.
Adapun Judul Tugas akhir ini adalah "ANALlSA TEKUK KOLOM BA.JA
KONVENSIONAL DAN BAJA RINGAN (ZINCALUM)".
Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis hanyak mendapat hantuan dan
himhingan dari berbagai pihak baik bantuan berupa dukungan moral. materil. maupun
spritual. Dalam kesempatan ini penyusun mengucapkan hanyak terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. DR. Ing. Johannes Tarigan. MSc. Ketua Jurusan Teknik Sipil
2. Bapak. Ir. Faisal Ezeddin. MS. Koordinator Program Pendidikan Ekstension
Departemen Teknik Sipil
3. Bapak Ir. Sanci Barus. MT. Dosen Pembimbing penulis dalam penulisan
Tugas Akhir ini.
4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil yang telah mendidik penulis;
5. Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil
6. Orang Tua, Saudara. dan Rekan-rekan penulis
7. Serta pihak-pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian tugas
akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
Penyusun sudah berusaha semaksimal mungkin untuk menyusun laporan
ini dengan baik, karena keterbatasan kemampuan yang dimiliki oleh penyusun,
penyusun mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun
untuk perbaikan laporan ini.
Semoga laporan ini berrnanfaat bagi siapapun yang membacanya pada
umumnya dan khususnya bagi penyusun.
Medan,
Januari 2008
Hormat saya
Penyusun,
Jesanna Oktavia Siagian
NIM. 050 424 011
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTARISI
KATA PENGANTAR
.
DAFTAR ASISTENSI DOSEN
II
DAFT AR lSI
iii
ABSTRAK
v
DAFT AR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL......................................................................... vii
BABIPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
.
1.2 Permasalahan
3
1.3 Tujuan
3
1.4 Pembatasan Masalah
4
1.5 Metodologi......................
4
BAB II TEORI TEKUK PADA KOLOM
2.1 Umum dan latar Belakang
5
2.2 Profil Baja Ringan..........
6
2.2.1
Penampang Struktur Individu.......
6
2.2.2
Penampang Panel dan Dek
7
2.2.3
Tegangan Leleh, Tarik dan Kurva Tegangan dan Regangan 8
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
2.3.1
Tegangan dan Regangan Baja Konvensional
11
2.4 Tekuk Kolom
12
2.5 Pembebanan
14
2.6 Kolom Euler
15
2.7 Analisis Kolorn
15
BAB III ANALISIS TEKUK
3.1 Tekuk Pada Batang Prismatis
3.1.1 Angka Kelangsingan
3.2 Analisa Beban Kritis Pada Profil Ganda
21
23
3.2.1
Umum
23
3.2.2
Sumbu Utama, Sumbu Bahan, Sumbu Bebas Bahan
23
3.3 Analisa Profil Ganda
24
3.4 Dimensi Pelat Kopel
25
BAB IV PERHITUNGAN
BAB V
'" 20
KESIMPll LAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
27
49
ABSTRAK
Dalam merencanakan suatu struktur gedung tentunya diinginkan struktur yang
kuat , indah, aman, dan ekonomis. struktur gedung khususnya kolom, Pengaruh gaya
tekan aksial sering di jumpai pada struktur ini. Dan pada saat ini berbagai jenis bahan
bangunan altematifsangat banyak salah satunya adalahjenis baja ringan (Zincalume).
Dalam tugas akhir ini dibahas mengenai struktur kolom dengan memakai
material baja konvensional dan material baja ringan mutu tinggi. Tujuannya adalah
untuk mengetahui efisiensi atau optimalnya perencanaan dengan menggunakan
material baja konvensional dan material baja ringan mutu tinggi dengan
membandingkan luasan antara material baja konvensional dan material baja ringan
mutu tinggi dengan bentang yang sama dan di bebani beban yang sama, serta untuk
mengetahui keuntungan dan kerugian dari pemakaian material baja ringan mutu
tinggi.
Dari analisis perhitungan nantinya, dapat disimpulkan bahwa material baja
konvensional lebih effisien di lihat dari kekuatan ( karena mampu menahan untuk
kolom yang panjang ) dibandingkan dengan material baja ringan mutu tinggi.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR dan GRAFIK
Gambar 1.1
Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
3
Gambar 2.1
Batang yang Tertekuk akibat gaya aksial
5
Gambar 2.2
Profit Individu Baja Ringan
6
Gambar 2.3
Profil Panel Dek Baja Ringan
7
Gambar 2.4
Grafik Hubungan Tegangan- Regangan
8
Gambar 2.5
Tegangan regangan Baja Konvensional
10
Gambar 2.6
Batang Lurus yang dibebani oleh gaya aksial
16
Gambar 2.7
Potongan Batang sejauh x dari tumpuan
17
Gambar 2.8
Kolorn Terdeformasi
17
Gambar 3.1
Profil Ganda
25
Grafik 4.1
Grafik panjang kolom dengan luasan, pada profil tunggal
51
Grafik 4.2
Grafik panjang kolom dengan luasan, pada prof I tersusun
51
Grafik 4.3
Grafik panjang kolom dengan luasan, pada profil tersusun
Dengan pelat kopel
Grafik 4.4
52
Grafik hubungan berat profil dengan panjang kolom
pada profil tunggal
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
53
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Faktor K untuk Berbagai PerIetakan
23
Tabel 4.1 Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dengan panjang kolom 2 m
Tabel 4.2
48
Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dengan panjang kolom 2.5 m
49
Tabel4.3 Pcrbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dcngan Panjang Kolom 3 m
49
Tabcl 4.4 Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dengan Panjang Kolom 3.5 m
Tabel 4.5
50
Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvcnsional
dcngan Panjang Kolom 4 m
50
Tabel 4.6 Berat Struktur Rangka BajaKonvcnsional
52
Tabel4.7 Berat Total Struktur Rangka Baja Ringan
53
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
BABJ
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pada suatu konstruksi bangunan, tidak terlepas dari element-element pelat, kolom
maupun balok-kolorn. Masing masing element tersebut akan memikul gaya-gaya seperti
moment, normal maupun lintang, walaupun persentasenya berbeda antara satu dengan
yang lainnya. Struktur yang memikul gaya normal pada umumnya terdapat pada kolorn,
baik tekan maupun tarik sehingga terjadi sebuah tegangan normal. Juga terdapat
deformasi berupa pendekatan akibat gaya normal tekan dan perpanjangan akibat gaya
normal tarik. Jika semua ini masih dalam batas-batas yang diijinkan maka konstruksi ini
dikatakan stabil. Kolom merupakan konstruksi yang langsung berhubungan dengan
pondasi dan yang menyebarkan beban dari bangunan ke pondasi sehingga yang menahan
beban dari suatu bangunan adalah kolom. Pada saat ini rangka untuk kolom adalah baja
konvensional namun pada saat ini ada alternative bahan yang lain yakni rangka yang dari
baja ringan. Seperti yang kita ketahui selama ini bahwa kebanyakan penggunaan baja
ringan untuk konstruksi rangka atap ( kuda-kuda ), disini penulis ingin mencoba
membahas dan menggembangkan penggunaan baja ringan untuk struktur kolom.
Untuk struktur yang ramping dimana ukuran panjangnya sangat besar dibanding
dengan jari-jari inersianya maka kestabilan bukan hanya ditentukan oleh deformasi tetapi
harus ditinjau kontrol tekuk batang akibat gaya aksial tekan. Apabila gaya aksial tekan
diperbesar
maka
tekukan
akan
semakin
besar
sehingga
dapat
ketidakstabilan struktur tersebut.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
mengakibatkan
2
Besarnya gaya yang mengakibatkan struktur berada dalam batas stabil disebut
"beban kritis" yang biasanya ditulis dengan Per. Dimana besarnya beban krritis ini
dipengaruhi oleh:
•
Elastisitas bahan
•
Dimensi struktur
•
Jen is pernbebanan
•
Faktor pengukuran
Pada batang yang mengalami gaya aksial tckan. maka deforrnasi yang terjadi mula-
mula adalah perpendekan. Jika beban ditambah rnaka akan tcrjadi bengkokan akibat
tertekuknya batang terse but. Jika mclebihi hcban kritis maka batang akan mengalami
patah, dan sudah tentu dihindari dalarn suatu perencanaan. l Intuk mcnghindari bahaya
diatas perlu kiranya dikctahui berapa besar beban kritis yang dapat dipikul oleh suatu
balang dengan mcmpcrhitungkan pcngaruh hal-hal yang discbut diatas,
Kcmajuan teknologi di bidang material baja khususnya baja ringan telah dapat
mcrnproduksi baja ringan dengan mutu yang tinggi yakni dcngan kckuatan tarik
minimum sebesar 550 mpa. Bahan baja ringan ( Zincalum ) ini dilapis olch perpaduan
dari 43,5% Seng, 55% aluminium dan 1Ｌ Ｕ ＼ ｾ Ｇ silicon. sehingga material baja ini disamping
rnernpunyai kekutan tarik yang tinggi juga tahan terhadap karat dan korosi. Bahan baja
inilah yang Lelah ban yak dipakai dincgara-negara rnaju untuk rnenggantikan bahan
pelapis atap dan juga dirol sccara dingin rnenjadi profil baja berbentuk C. Material baja
ini dinamakan Zincalum.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
3
Keunggulan dari bahan baja ini dibandingkan dengan bahan baja biasa ( mild steel)
bahan baja ini mempunyai kekutan tarik yang lebih tinggi. tidak mengalami korosi,
ringan dan tidak memerlukan pengecatan.
p
+
L
t
p
Garnbar 1.1 Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
Jika dimensi struktur batang tcrtekan di sepanjang batang maka tekuk (buckling)
yang terjadi pada suatu kondisi tertcntu akan berbentuk seperti garnbar 1.1. diatas .
dimana bcsarnya dapat dihitung sebcsar y.
1.2 Permasalahan
Baja rnerupakan bahan struktur yang sangat luas penggunaannya. sehingga harus
memenuhi standar yang telah ditctapkan. Dalam hal ini konstruksi yang akan di anal isis
adalah kolom. Karena konstruksi kolorn adalah suatu konstruksi yang pada umumnya
paling sering mcngalarni gaya yaitu gaya aksial. Gaya aksial tckan merupakan gaya yang
utama dalarn rnenyebabkan tekuk pada batang (kolom).
Dalam tugas akhir ini penulis akan mernbahas tekuk ini. serta perhitungan beban
kritis pad a saat
kolom
mengalami
pcrnbebanan
sarnpai
batas
elastis.
dengan
memvariasikan tampang (tunggal dan ganda), serta jenis bahan yang berbeda yakni baja
konvensional dan baja ringan Zincalum. Sehingga dengan variasi tersebut diketahui
beban aksial maksimum paling ekonomis yang dapat dipikul kolom baja struktur tersebut.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
4
1.3. Tujuan
Tujuan dari penulisan ini adalah untuk mernbandingkan besarya luasan profil dan
berat profil pada suatu kolom akibat gaya aksial pada baja ringan dan baja konvensional
dengan mengarnbi I type penampang yang sama dan
l.4.Pcmbatasan Masalah
lJntuk menyelesaikan tulisan ini, penulis rnembatasi masalah dengan asurnsiasumsi
sebagai berikut:
•
Beban clastis menurut Hukurn Hooke
•
Material hornogcn dan isoiropis
•
Batang yang ditinjau rncrupakan batang tersusun prismatis yang dianggap bckcrja
sama. lurus sernpurna dirnana behan aksial tekan di kcdua ujungnya yang bckerja
pada garis gaya kcdua ujungnya sarna besar.
•
Profil tersusun Back-hack
•
Profil Majernuk dengan pclat kopel sebagai Penghubung.
ｬ Ｎ Ｕ Ｎ ｍ ･ ｴ ｯ ､ ｯ ｬ ｯ ｾ
Metode yang dipergunakan dalarn tugas akhir ini adalah menggunakan anal isis
secara rnaternatis dengan pcnggunakan beberapa literature buku-buku.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
BAB II
TINJAlJAN PUSTAKA
2.1 Umum dan Latar Belakang
Dalam bab ini, kita akan membicarakan batang yang mengalami tegangan tekan
aksial. Dengan berbagai macam sebutan seperti kolom, tiang tonggak dan batang desak,
batang ini pada hakekatnya jarang sekali mengalami tekanan aksial saja. Namun, bila
pembebanan ditata sedemikian rupa hingga pengekangan (restraint) rotasi ujung dapat
diabaikan atau beban dari batang-batang yang bertemu diujung kolom bersifat simetris
dan pengaruh lentur sangat kecil dibandingkan dengan tekanan langsung, maka batang
tekan dapat direncanakan dengan aman sebagai kolom yang dibebani secara konsentis.
Dari mekanika bahan kita tahu bahwa hanya kolom yang sangat pendek dapat
dibebani hingga mencapai tegangan lelehnya, sedangkan keadaan yang umum yaitu
lenturan mendadak akibat ketidak stabilan terjadi sebelum kekuatan bahan batang
sepenuhnya tercapai. Keadaan demikian yang kita sebut dengan tekuk (buckling).
p
ｾ
L
.Y
t
p
Gambar 2.] Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume)
Dan Baja Konvensional, 2008.
5
USU Repository © 2009
6
2.2 Baja Ringan
2.2.1 Penampang Struktur Individu
Penampang baja yang dibentuk secara dingin dapat diklasifikasikan menjadi 2( dua )
type yakni:
I. Penampang struktur Individu (tunggal)
2. Penampang Panel dan Dek.
---,
c-
!
,
!
I
'----
t..
,
L.....:
I
J
r--r-.
"It
.,
i
I
L,____
ｾ
L;
..........
ｾ
ｾ
I
L
!
r-:
ｾ
L
ｾ
.JL
II
Iｾ
/"""'"
,1'
I
_:h-
,.--.,
I
"
I
.'
,
Gambar 2.2
Profil Individu Baja Ringan
Beberapa type profil baja yang dibentuk secara dingin yang biasa digunakan pada
konstruksi baja. Type yang biasa dipakai adalah type Canal, Type Z, type Siku, type Hat
type I, Type T dan type berbentuk hollow.
Secara umum tinggi dari penampang struktur individu berkisar antara 2 sampai 12
inchi (51 sampai 305 mrn), dan ketebalan dari material berkisar antara 0,040 sampai 14
inchi ( 1,0 sampai 6,4 mm ). Pada beberapa kasus tinggi dari penampang bisa mencapai
18 inchi atau 457 mm, dan ketebalan dari material mencapai 13 mm. Plat-plat Cold
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
7
Formed setebal 19-25 mm telah digunkan untuk struktur lantai, tiang tower transrnisi dan
papan -papan petunjuk pada jalan tol.
2.2.2 Penampang panel dan dek
Kategori lain dari penampang cold formed adalah Berupa Panel dan Dek, penampang ini
biasanya digunakan untuk atap lantai, dan panel dinding. Tinggi dari penampang panel
ini berkisar 38 sarnpai 19\ mrn dan ketebalannya berkisar 0,3 sampai 1.9 mm. Panel ini
tidak hanya digunakan untuk menahan beban tetapi digunakan untuk pengganti bekisting
lantai, penutup atap, atau penutup dinding.
Dek Atap
ｾ
u
r
ｾ ｉ
LJ
Dek Atap bentuk Panjanq
LJ L--.J TL, "\J\J\j'J
Panel t.antai dan Atap
ｾ
Panel Dtnding
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｎ
Ｎ
Ｎ
Panel Berusuk
Seng Bergelombang
Gambar 2.3
Profil Panel Dek Baja Ringan
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
r
8
2.2.3 Tegangan Leleh, Tegangan Tarik dan Kurva Tegangan - Regangan
Kekuatan dari struktur baja yang dibentuk secara dingin (cold formed) tergantung
dari tegangan lelehnya, menurut AISI (American Iron and steel Istitute) tegangan leleh
baja ini berkisar antara 172 sampai 483 Mpa
... Tidak
: - elastis
Pengerasan Regangan
_ Elatis
»:
ｩ ｾ Ｍ Ｍ Ｍ Ｇ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ
c:
ｾ
.,. '-----.
OJ)
c:
ｾ
co
v
f-
,
[
-
•.. _.-
"
_
_._
.
Regangan
...
ｾ
c:
Ｍ ｾ Ｍ Ｍ Ｍ ｟ Ｎ Ｍ Ｍ Ｍ
------
OJ)
c:
ｾ
OJ)
v
Limit proporsional
f
Regangan
Gambar 2.4 Grafik Hubungan tegangan-regangan
Keterangan gambar
Gambar 2.4a Grafik Hubungan tegangan-regangan Sharp Yielding
Gambar 2.4b Grafik Hubungan tegangan-regangan Gradual Yielding
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
•
9
Ada 2 jenis tipe kurva tegangan-regangan pada baja yakni seperti pada (gam bar
2.4), yaitu tipe Sharp-yielding dan gradual yielding. Baja yang diproduksi secara lebur
(panas) biasanya mengikuti Sharp yielding, untuk Tipe baja ini batas leleh baja
ditentukan oleh batas dimana kurva tegangan - regangan menjadi horizontal (gbr 2.4a).
Baja yang diproduksi secara dingin yakni dengan cara di tekan ( press ) atau di rol
mengikuti pola leleh gradual yielding, dimana kurva regangan pada batas leleh
melengkung ( gbr 2.4b).
Harga minimum tegangan tarik (minimum Ultimate Tensile Stregth) baja yang
dirol atau dibentuk secara dingin ini berkisar antara 290-586 Mpa, dan ratio perbandingan
antara tegangan tarik ultimate dan tegangan leleh berkisar 1,1 7 ｾ 2,22.
Modulus elastisitas untuk baja yang dibentuk secara dingin (cold fanned) sebesar
203 KN/mm 2.
2.3 Baja Konvensional
Baja konvensional atau carbon steel adalah baja yang terdiri dari elemen-elemen
yang persentase maksimum selain bajanya sebagai berikut:
•
1,7 % carbon, 1,65% maganese, 0,60 % silikon dan 0,60 % Copper.
karbon dan manganese adalah bahan pokok untuk meninggikan teganggan (stregth) dari
baja mumi.
Baja dikategorikan berdasarkan material, ialah dari Ingot Iron (baja bongkah) tanpa
karbon sarna sekali, sampai Cost iron (baja tuang) yang mepunyai karbon sekurangkurangnya 1,7% baja ini dibagi menjadi 4 kategori (berdasarkan carbon yang dikandung):
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
10
1. Low Carbon (mengandung karbon kurang dari 0,15 %)
2. Mild Carbon (mengandung karbon 0,15%-0.29%)
3. Medium Carbon (mengandung carbon 0,30%-0,59%)
4. High Carbon (mengandung carbon 0,60%-L70%)
Baja Carbon untuk konstruksi adalah termasuk kategori Mild Carbon.
Untuk keperluan disain dipakai yield stress guna mendapatkan allow-able unit stress
(teganggan ijin) dari berbagai tipe batang yang dibebani. Dan para perencana biasanya
menghendaki baja yang dapat mempertinggi tegangan (strength) dari pada menambah
ukuran bahan.
2.3.1 Tegangan dan regangan baja Konvensional.
M
A'
A
B
C
Gambar 2.5
Tegangan regangan Baja Konvensional
Keterangan Gambar
a
= Tegangan
E: =
baja
Regangan baja
A = Titik proporsional
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
11
A'= Titik batas elastis
B = Titik batas plastis
M
=
Titik runtuh
C = Titik putus
Dari gam bar diatas dapat dilihat bahwa sampai titik A, hubungan tegangan dan
regangan masih linier atau keadaan masih mengikuti hukum hooke. Dimana hubungan
tegangan dan regangan menjadi tidak linear disebut limit proporsional. Kemiringan garis
OA menyatakan besamya modulus elastisitas E. Diagram regangan untuk baja. Titik A'
adalah titik leleh atas atau biasa disebut titik batas elastis dimana sampai batas ini bila
gaya tarik dikerjakan pada batang baja maka batang terse but akan berderformasi.
Selanjutnya bila gaya itu dihilangkan maka batang tersebut akan kembali kebentuk
semula. Dalam hal ini batang tidak mengalami deformasi permanen.
Daerah BC merupakan daerah Strain hardening, dimana pertambahan regangan
akan diikuti dengan sedikit penambahan tegangaan. Disamping itu, hubungan tegangan
dan regangan tidak lagi bersifat linear. Kemiringan garis setelah titik Bini di defenisikan
sebagai Ez Di titik M, yaitu regangn berkisar antara 20% dari panjang batang, tegangan
tarik batas (ultimate tensile stregth). Akhimya bila beban semakin bertambah besar lagi
maka titik C batang akan terputus. Fenomena bertambahnya kekuatan ini disebut strain
hardening.
Tegangan leleh adalah tegangan yang terjadi pada saat baja mulai meleleh. Dalam
kenyataannya sulit sekali untuk menentukan besamya tegangan leleh, sebab perubahan
dari elastis menjadi plastis sering kali besamya tidak tetap.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
12
2.4 Deformasi akibat Beban Terpusat
Semua bagian bahan yangrnengalarni gaya-gaya luar, dan sclanjutnya tegangan
dalam akan menjalani perubahan bentuk (mengalami regangan). Misalnya disepanjang
batang yang mengalarni suatu beban tarik aksial akan tcrcngang atau diperpanjang.
semcntara suatu kolom yang menopang suatu bcban aksial akan tertekan atau
diperpendek. Peruhahan bentuk total (deformasi ) yang dihasilkan suatu batang
dinyatakan dengan ()' (delta). Jika panjang batang adalah L. rnaka pcrubahan bentuk per
satuan panjang dinyatakan dengan hurufYunani
Perubahan bcntuk satuan ==
Ｍ
(epsilon). maka:
l:
Perubahan bentuk total
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
ｾ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
atau
()
6'=
Panjang
L
Besarnya perubahan bentuk yang dihasilkan pada suatu batang tertentu akibat suatu
gaya tertentu akan berubah scsuai dengan kekakuan bahan batang,
Sifat penting lainnya dari bahan struktur yang telah berubah bcntuk oleh suatu gaya
harus rnarnpu kembali ke bcntuk aslinya dengan scrnpurna, hila gaya dilepas. Bahan yang
rncmpunyai sifat ini dikatakan elastik. Suatu bahan secara populcr diperk irakan elastik
jika bahan ini mampu rnenahan perubahan bcntuk dengan pcrsentasc yang tinggi tanpa
kerusakan. Schingga karet diperkirakan bahan yang sangat elastis. Tetapi hila bicara
secara teknis. suatu bahan hanya dikatakan elastis bila bahan rnernpunyai kernampuan
untuk kernbali ke bentuk asalnya. sctelah gaya dilepas.
Tctapi agar sifat elastis bahan yang rnernpunyai kekuatan fisis terbatas tcrpclihara.
maka pcrubahan bentuk dan tegangan yang menyertai perubahan bentuk tcrsebut harus
tidak melampaui suatu batas tertentu. Batas itu dinyatakan sebagai batas elastis bahan
terscbut.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
13
2.5 Tekuk Kolom
Latar belakang tekuk kolom pertama dikemukakan oleh Euler pada tahun 1759.
batang dengan beban konsentris yang semula lurus dan semua seratnya tetap elastis
hingga tekuk terjadi akan mengalami lengkungan yang kecil seperti pada gambar 2.1.
Walaupun Euler hanya menyelidiki batang yang dijepit disalah satu ujung dan bertumpu
sederhana (simply supported) di ujung lainnya, logika yang sarna dapat diterapkan pada
kolom yang berujung sendi, yang tidak memiliki pengekangan rotasi yang merupakan
batang dengan kekuatan tekuk terkecil. Kita akan mendapatkan rumus-rumus gaya kritis
yang dapat diterima oleh suatu batang sebelum tekuk terjadi.
Pendekatan Euler umumnya tidak digunakan untuk perencanaan karena tidak sesuai
dengan percobaan, dalam praktek kolom dengan panjang yang umum tidak sekuat seperti
yang dinyatakan oleh rumus-rurnus Euler.
Considere dan Engesser pada tahun 1889 secara terpisah menemukan bahwa
sebagian dari kolom dengan panjang yang umum menjadi inelastic (tak elastis) sebeJum
tekuk terjadi dan harga E yang dipakai harus memperhitungkan adanyajumlah serat yang
tertekan dengan regangan diatas batas proportional. Jadi mereka menyadari bahwa
sesungguhnya kolom dengan panjang yang umum akan hancur akibat inelastic dan bukan
akibat tekuk elastis.
Akan tetapi pengertian yang menyeluruh tentang kolom dengan beban konsentris
baru tercapai pada tahun 1946 ketika Shanley menjabarkan teorinya yang sekarang
temyata benar. la mengemukakan bahwa pada hakekatnya kolom masih mampu memikul
beban aksial yang lebih besar walaupun telah melentur, tetapi kolom mulai melentur pada
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
]4
saat mencapai beban yang disebut beban tekuk,
yang menyertakan pengaruh inelastic
pada semua serat penampang melintang.
Untuk menentukan kekuatan kolom dasar, kondisi kolom perlu diidealisir dengan
beberapa anggapan. Mengenai bahan. kita mengangap : (I) sifat tegangan di seluruh titik
pada penampang; (2) tidak ada tegangan intemal seperti akibat pendinginan setelah
penggilingan (rolling) dan akibat pengelasan. Mengenai bentuk dan kondisi ujung. kita
dapat mengangap (3) kolom lurus sempuma dan prismatis; (4) resultante be ban bekerja
melalui sumbu pusat batang sampai batang mulai melentur; (5) kondisi ujung harus statis
tertentu sehingga panjang antara sendi-sendi ekivalen dapat ditentukan. Anggapan lain
tentang tekuk adalah (6) teori lendutan yang kecil seperti pada lenturan umurn berlaku
dan gaya geser dapat diabaikan.
Setelah anggapan-anggapan diatas dibuat, sekarang disetujui bahwa kekuatan suatu
kolom dapat dinyatakan sebagai :
(J
cr =
PIA =
T[2.£,
(K.L/rr
Dengan :
(J
cr =
PI A
= tegangan rata-rata pada penampang
E t
= modulus tangent pada PI A
KUr
=
angka kelangsingan effektif (ujung sendi ekivalen)
Kita tahu bahwa batang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk elastis dan
batang tekan yang pendek yang buntak dapat dibebani sampai bahan meleleh atau bahkan
sampai daerah pengerasan regangan (strain hardening)
Pada keadaan yang umurn,
kehancuran akibat tekuk terjadi setelah sebagian penampang melintang rneleleh, keadaan
ini disebut dengan tekuk inelastic.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
15
Tekuk mumi akibat beban aksial sesungguhnya hanya terjadi apabila anggapan dari
(I) sampai (6) diatas berlaku. Kolom biasanya merupakan satu kesatuan dengan struktur.
dan pada hakekatnya tidak dapat berlaku secara independen. Dalam praktek, tekuk
diartikan sebagai pembatasan antara lendutan stabil dan tak stabil pada batang tekan: jika
bukan kondisi sesaat yang terjadi pada batang langsing elastis yang diisolir. Banyak
insinyur menyebut "beban tekuk praktis" ini sebagai "beban batas (ultimate)".
2.6 Keruntuhan Batang Tekan
Dari mekanika bahan kita tahu bahwa batang tekan yang pendek akan dapat
dibebani sampai be ban meleleh. Satang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk
elastis. Pada keadaan umum kehancuran akibat tekan terjadi diantara keruntuhan akibat
kelelehan bahan akibat tekuk elastis, setelah bagian penampang melintang rneleleh,
keadaan ini disebut tekuk inelastic (inelastic buckling).
Ada 3 (tiga) jenis keruntuhan batang tekan yaitu :
1. Keruntuhan akibat tegangan yang terjadi pada penampang telah melampaui kekuatan
materialnya.
2. keruntuhan akibat batang tertekuk elastic (elastic buckling). Keadaan ini terjadi pada
bagian konstruksi yang langsing. Disini hokum Hooke masih berlaku bagi serat
penampang dan tegangan yang terjadi tidak melebihi batas proporsional.
ｾ
3. keruntuhan akibat melelehnya sebagian serat disebut tekuk
clo[',c
ｾ
ｩ
e I G Lk
=
= 1.8014
LI
111.024 em
ｾ
3
Lk
LI = ---- =66,7cm
n
Ar
=ｾｾ
=
ｾ
67 ern
30,173
I,
d
= 2 x'
I v + 2xAx ( Xa + 2
lIt
t
0
= 152,8128 Cm-l
;"
ｾ ｾ
I".
2.A
ｾ
4.8765
em
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
41
A"
L
( ZINCALUME ) DAN BAJA KONVENSIONAL
(Studi Literature)
TUGASAKHIR
DlAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS-TUGAS DAN MEMENlfHl
SYARAT UNTUK MENEMPUH UJIAN SARJANA TEKNIK SIPIL
Disusun Oleh :
JESANNA OKTAVIA SlAG IAN
NIM : 050424 011
JURVSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM PENDIDlKAN EKSTENSION
UNIVERSITAS SUMATERA UT ARA
MEDAN
ｾ
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
rahmat Karunia-NYA yang telah memberikan petunjuk, kesehatan. dan kekuatan
kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
untuk menempuh ujian sarjana pada fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas
Sumatera Utara. Program Pendidikan Ekstension.
Adapun Judul Tugas akhir ini adalah "ANALlSA TEKUK KOLOM BA.JA
KONVENSIONAL DAN BAJA RINGAN (ZINCALUM)".
Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis hanyak mendapat hantuan dan
himhingan dari berbagai pihak baik bantuan berupa dukungan moral. materil. maupun
spritual. Dalam kesempatan ini penyusun mengucapkan hanyak terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. DR. Ing. Johannes Tarigan. MSc. Ketua Jurusan Teknik Sipil
2. Bapak. Ir. Faisal Ezeddin. MS. Koordinator Program Pendidikan Ekstension
Departemen Teknik Sipil
3. Bapak Ir. Sanci Barus. MT. Dosen Pembimbing penulis dalam penulisan
Tugas Akhir ini.
4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil yang telah mendidik penulis;
5. Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil
6. Orang Tua, Saudara. dan Rekan-rekan penulis
7. Serta pihak-pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian tugas
akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
Penyusun sudah berusaha semaksimal mungkin untuk menyusun laporan
ini dengan baik, karena keterbatasan kemampuan yang dimiliki oleh penyusun,
penyusun mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun
untuk perbaikan laporan ini.
Semoga laporan ini berrnanfaat bagi siapapun yang membacanya pada
umumnya dan khususnya bagi penyusun.
Medan,
Januari 2008
Hormat saya
Penyusun,
Jesanna Oktavia Siagian
NIM. 050 424 011
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTARISI
KATA PENGANTAR
.
DAFTAR ASISTENSI DOSEN
II
DAFT AR lSI
iii
ABSTRAK
v
DAFT AR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL......................................................................... vii
BABIPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
.
1.2 Permasalahan
3
1.3 Tujuan
3
1.4 Pembatasan Masalah
4
1.5 Metodologi......................
4
BAB II TEORI TEKUK PADA KOLOM
2.1 Umum dan latar Belakang
5
2.2 Profil Baja Ringan..........
6
2.2.1
Penampang Struktur Individu.......
6
2.2.2
Penampang Panel dan Dek
7
2.2.3
Tegangan Leleh, Tarik dan Kurva Tegangan dan Regangan 8
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
2.3.1
Tegangan dan Regangan Baja Konvensional
11
2.4 Tekuk Kolom
12
2.5 Pembebanan
14
2.6 Kolom Euler
15
2.7 Analisis Kolorn
15
BAB III ANALISIS TEKUK
3.1 Tekuk Pada Batang Prismatis
3.1.1 Angka Kelangsingan
3.2 Analisa Beban Kritis Pada Profil Ganda
21
23
3.2.1
Umum
23
3.2.2
Sumbu Utama, Sumbu Bahan, Sumbu Bebas Bahan
23
3.3 Analisa Profil Ganda
24
3.4 Dimensi Pelat Kopel
25
BAB IV PERHITUNGAN
BAB V
'" 20
KESIMPll LAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
27
49
ABSTRAK
Dalam merencanakan suatu struktur gedung tentunya diinginkan struktur yang
kuat , indah, aman, dan ekonomis. struktur gedung khususnya kolom, Pengaruh gaya
tekan aksial sering di jumpai pada struktur ini. Dan pada saat ini berbagai jenis bahan
bangunan altematifsangat banyak salah satunya adalahjenis baja ringan (Zincalume).
Dalam tugas akhir ini dibahas mengenai struktur kolom dengan memakai
material baja konvensional dan material baja ringan mutu tinggi. Tujuannya adalah
untuk mengetahui efisiensi atau optimalnya perencanaan dengan menggunakan
material baja konvensional dan material baja ringan mutu tinggi dengan
membandingkan luasan antara material baja konvensional dan material baja ringan
mutu tinggi dengan bentang yang sama dan di bebani beban yang sama, serta untuk
mengetahui keuntungan dan kerugian dari pemakaian material baja ringan mutu
tinggi.
Dari analisis perhitungan nantinya, dapat disimpulkan bahwa material baja
konvensional lebih effisien di lihat dari kekuatan ( karena mampu menahan untuk
kolom yang panjang ) dibandingkan dengan material baja ringan mutu tinggi.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR dan GRAFIK
Gambar 1.1
Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
3
Gambar 2.1
Batang yang Tertekuk akibat gaya aksial
5
Gambar 2.2
Profit Individu Baja Ringan
6
Gambar 2.3
Profil Panel Dek Baja Ringan
7
Gambar 2.4
Grafik Hubungan Tegangan- Regangan
8
Gambar 2.5
Tegangan regangan Baja Konvensional
10
Gambar 2.6
Batang Lurus yang dibebani oleh gaya aksial
16
Gambar 2.7
Potongan Batang sejauh x dari tumpuan
17
Gambar 2.8
Kolorn Terdeformasi
17
Gambar 3.1
Profil Ganda
25
Grafik 4.1
Grafik panjang kolom dengan luasan, pada profil tunggal
51
Grafik 4.2
Grafik panjang kolom dengan luasan, pada prof I tersusun
51
Grafik 4.3
Grafik panjang kolom dengan luasan, pada profil tersusun
Dengan pelat kopel
Grafik 4.4
52
Grafik hubungan berat profil dengan panjang kolom
pada profil tunggal
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
53
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Faktor K untuk Berbagai PerIetakan
23
Tabel 4.1 Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dengan panjang kolom 2 m
Tabel 4.2
48
Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dengan panjang kolom 2.5 m
49
Tabel4.3 Pcrbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dcngan Panjang Kolom 3 m
49
Tabcl 4.4 Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvensional
dengan Panjang Kolom 3.5 m
Tabel 4.5
50
Perbandingan Luasan Baja Ringan dan Baja Konvcnsional
dcngan Panjang Kolom 4 m
50
Tabel 4.6 Berat Struktur Rangka BajaKonvcnsional
52
Tabel4.7 Berat Total Struktur Rangka Baja Ringan
53
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
BABJ
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pada suatu konstruksi bangunan, tidak terlepas dari element-element pelat, kolom
maupun balok-kolorn. Masing masing element tersebut akan memikul gaya-gaya seperti
moment, normal maupun lintang, walaupun persentasenya berbeda antara satu dengan
yang lainnya. Struktur yang memikul gaya normal pada umumnya terdapat pada kolorn,
baik tekan maupun tarik sehingga terjadi sebuah tegangan normal. Juga terdapat
deformasi berupa pendekatan akibat gaya normal tekan dan perpanjangan akibat gaya
normal tarik. Jika semua ini masih dalam batas-batas yang diijinkan maka konstruksi ini
dikatakan stabil. Kolom merupakan konstruksi yang langsung berhubungan dengan
pondasi dan yang menyebarkan beban dari bangunan ke pondasi sehingga yang menahan
beban dari suatu bangunan adalah kolom. Pada saat ini rangka untuk kolom adalah baja
konvensional namun pada saat ini ada alternative bahan yang lain yakni rangka yang dari
baja ringan. Seperti yang kita ketahui selama ini bahwa kebanyakan penggunaan baja
ringan untuk konstruksi rangka atap ( kuda-kuda ), disini penulis ingin mencoba
membahas dan menggembangkan penggunaan baja ringan untuk struktur kolom.
Untuk struktur yang ramping dimana ukuran panjangnya sangat besar dibanding
dengan jari-jari inersianya maka kestabilan bukan hanya ditentukan oleh deformasi tetapi
harus ditinjau kontrol tekuk batang akibat gaya aksial tekan. Apabila gaya aksial tekan
diperbesar
maka
tekukan
akan
semakin
besar
sehingga
dapat
ketidakstabilan struktur tersebut.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
mengakibatkan
2
Besarnya gaya yang mengakibatkan struktur berada dalam batas stabil disebut
"beban kritis" yang biasanya ditulis dengan Per. Dimana besarnya beban krritis ini
dipengaruhi oleh:
•
Elastisitas bahan
•
Dimensi struktur
•
Jen is pernbebanan
•
Faktor pengukuran
Pada batang yang mengalami gaya aksial tckan. maka deforrnasi yang terjadi mula-
mula adalah perpendekan. Jika beban ditambah rnaka akan tcrjadi bengkokan akibat
tertekuknya batang terse but. Jika mclebihi hcban kritis maka batang akan mengalami
patah, dan sudah tentu dihindari dalarn suatu perencanaan. l Intuk mcnghindari bahaya
diatas perlu kiranya dikctahui berapa besar beban kritis yang dapat dipikul oleh suatu
balang dengan mcmpcrhitungkan pcngaruh hal-hal yang discbut diatas,
Kcmajuan teknologi di bidang material baja khususnya baja ringan telah dapat
mcrnproduksi baja ringan dengan mutu yang tinggi yakni dcngan kckuatan tarik
minimum sebesar 550 mpa. Bahan baja ringan ( Zincalum ) ini dilapis olch perpaduan
dari 43,5% Seng, 55% aluminium dan 1Ｌ Ｕ ＼ ｾ Ｇ silicon. sehingga material baja ini disamping
rnernpunyai kekutan tarik yang tinggi juga tahan terhadap karat dan korosi. Bahan baja
inilah yang Lelah ban yak dipakai dincgara-negara rnaju untuk rnenggantikan bahan
pelapis atap dan juga dirol sccara dingin rnenjadi profil baja berbentuk C. Material baja
ini dinamakan Zincalum.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
3
Keunggulan dari bahan baja ini dibandingkan dengan bahan baja biasa ( mild steel)
bahan baja ini mempunyai kekutan tarik yang lebih tinggi. tidak mengalami korosi,
ringan dan tidak memerlukan pengecatan.
p
+
L
t
p
Garnbar 1.1 Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
Jika dimensi struktur batang tcrtekan di sepanjang batang maka tekuk (buckling)
yang terjadi pada suatu kondisi tertcntu akan berbentuk seperti garnbar 1.1. diatas .
dimana bcsarnya dapat dihitung sebcsar y.
1.2 Permasalahan
Baja rnerupakan bahan struktur yang sangat luas penggunaannya. sehingga harus
memenuhi standar yang telah ditctapkan. Dalam hal ini konstruksi yang akan di anal isis
adalah kolom. Karena konstruksi kolorn adalah suatu konstruksi yang pada umumnya
paling sering mcngalarni gaya yaitu gaya aksial. Gaya aksial tckan merupakan gaya yang
utama dalarn rnenyebabkan tekuk pada batang (kolom).
Dalam tugas akhir ini penulis akan mernbahas tekuk ini. serta perhitungan beban
kritis pad a saat
kolom
mengalami
pcrnbebanan
sarnpai
batas
elastis.
dengan
memvariasikan tampang (tunggal dan ganda), serta jenis bahan yang berbeda yakni baja
konvensional dan baja ringan Zincalum. Sehingga dengan variasi tersebut diketahui
beban aksial maksimum paling ekonomis yang dapat dipikul kolom baja struktur tersebut.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
4
1.3. Tujuan
Tujuan dari penulisan ini adalah untuk mernbandingkan besarya luasan profil dan
berat profil pada suatu kolom akibat gaya aksial pada baja ringan dan baja konvensional
dengan mengarnbi I type penampang yang sama dan
l.4.Pcmbatasan Masalah
lJntuk menyelesaikan tulisan ini, penulis rnembatasi masalah dengan asurnsiasumsi
sebagai berikut:
•
Beban clastis menurut Hukurn Hooke
•
Material hornogcn dan isoiropis
•
Batang yang ditinjau rncrupakan batang tersusun prismatis yang dianggap bckcrja
sama. lurus sernpurna dirnana behan aksial tekan di kcdua ujungnya yang bckerja
pada garis gaya kcdua ujungnya sarna besar.
•
Profil tersusun Back-hack
•
Profil Majernuk dengan pclat kopel sebagai Penghubung.
ｬ Ｎ Ｕ Ｎ ｍ ･ ｴ ｯ ､ ｯ ｬ ｯ ｾ
Metode yang dipergunakan dalarn tugas akhir ini adalah menggunakan anal isis
secara rnaternatis dengan pcnggunakan beberapa literature buku-buku.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
BAB II
TINJAlJAN PUSTAKA
2.1 Umum dan Latar Belakang
Dalam bab ini, kita akan membicarakan batang yang mengalami tegangan tekan
aksial. Dengan berbagai macam sebutan seperti kolom, tiang tonggak dan batang desak,
batang ini pada hakekatnya jarang sekali mengalami tekanan aksial saja. Namun, bila
pembebanan ditata sedemikian rupa hingga pengekangan (restraint) rotasi ujung dapat
diabaikan atau beban dari batang-batang yang bertemu diujung kolom bersifat simetris
dan pengaruh lentur sangat kecil dibandingkan dengan tekanan langsung, maka batang
tekan dapat direncanakan dengan aman sebagai kolom yang dibebani secara konsentis.
Dari mekanika bahan kita tahu bahwa hanya kolom yang sangat pendek dapat
dibebani hingga mencapai tegangan lelehnya, sedangkan keadaan yang umum yaitu
lenturan mendadak akibat ketidak stabilan terjadi sebelum kekuatan bahan batang
sepenuhnya tercapai. Keadaan demikian yang kita sebut dengan tekuk (buckling).
p
ｾ
L
.Y
t
p
Gambar 2.] Batang yang tertekuk akibat gaya aksial
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume)
Dan Baja Konvensional, 2008.
5
USU Repository © 2009
6
2.2 Baja Ringan
2.2.1 Penampang Struktur Individu
Penampang baja yang dibentuk secara dingin dapat diklasifikasikan menjadi 2( dua )
type yakni:
I. Penampang struktur Individu (tunggal)
2. Penampang Panel dan Dek.
---,
c-
!
,
!
I
'----
t..
,
L.....:
I
J
r--r-.
"It
.,
i
I
L,____
ｾ
L;
..........
ｾ
ｾ
I
L
!
r-:
ｾ
L
ｾ
.JL
II
Iｾ
/"""'"
,1'
I
_:h-
,.--.,
I
"
I
.'
,
Gambar 2.2
Profil Individu Baja Ringan
Beberapa type profil baja yang dibentuk secara dingin yang biasa digunakan pada
konstruksi baja. Type yang biasa dipakai adalah type Canal, Type Z, type Siku, type Hat
type I, Type T dan type berbentuk hollow.
Secara umum tinggi dari penampang struktur individu berkisar antara 2 sampai 12
inchi (51 sampai 305 mrn), dan ketebalan dari material berkisar antara 0,040 sampai 14
inchi ( 1,0 sampai 6,4 mm ). Pada beberapa kasus tinggi dari penampang bisa mencapai
18 inchi atau 457 mm, dan ketebalan dari material mencapai 13 mm. Plat-plat Cold
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
7
Formed setebal 19-25 mm telah digunkan untuk struktur lantai, tiang tower transrnisi dan
papan -papan petunjuk pada jalan tol.
2.2.2 Penampang panel dan dek
Kategori lain dari penampang cold formed adalah Berupa Panel dan Dek, penampang ini
biasanya digunakan untuk atap lantai, dan panel dinding. Tinggi dari penampang panel
ini berkisar 38 sarnpai 19\ mrn dan ketebalannya berkisar 0,3 sampai 1.9 mm. Panel ini
tidak hanya digunakan untuk menahan beban tetapi digunakan untuk pengganti bekisting
lantai, penutup atap, atau penutup dinding.
Dek Atap
ｾ
u
r
ｾ ｉ
LJ
Dek Atap bentuk Panjanq
LJ L--.J TL, "\J\J\j'J
Panel t.antai dan Atap
ｾ
Panel Dtnding
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｎ
Ｎ
Ｎ
Panel Berusuk
Seng Bergelombang
Gambar 2.3
Profil Panel Dek Baja Ringan
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
r
8
2.2.3 Tegangan Leleh, Tegangan Tarik dan Kurva Tegangan - Regangan
Kekuatan dari struktur baja yang dibentuk secara dingin (cold formed) tergantung
dari tegangan lelehnya, menurut AISI (American Iron and steel Istitute) tegangan leleh
baja ini berkisar antara 172 sampai 483 Mpa
... Tidak
: - elastis
Pengerasan Regangan
_ Elatis
»:
ｩ ｾ Ｍ Ｍ Ｍ Ｇ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ
c:
ｾ
.,. '-----.
OJ)
c:
ｾ
co
v
f-
,
[
-
•.. _.-
"
_
_._
.
Regangan
...
ｾ
c:
Ｍ ｾ Ｍ Ｍ Ｍ ｟ Ｎ Ｍ Ｍ Ｍ
------
OJ)
c:
ｾ
OJ)
v
Limit proporsional
f
Regangan
Gambar 2.4 Grafik Hubungan tegangan-regangan
Keterangan gambar
Gambar 2.4a Grafik Hubungan tegangan-regangan Sharp Yielding
Gambar 2.4b Grafik Hubungan tegangan-regangan Gradual Yielding
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
•
9
Ada 2 jenis tipe kurva tegangan-regangan pada baja yakni seperti pada (gam bar
2.4), yaitu tipe Sharp-yielding dan gradual yielding. Baja yang diproduksi secara lebur
(panas) biasanya mengikuti Sharp yielding, untuk Tipe baja ini batas leleh baja
ditentukan oleh batas dimana kurva tegangan - regangan menjadi horizontal (gbr 2.4a).
Baja yang diproduksi secara dingin yakni dengan cara di tekan ( press ) atau di rol
mengikuti pola leleh gradual yielding, dimana kurva regangan pada batas leleh
melengkung ( gbr 2.4b).
Harga minimum tegangan tarik (minimum Ultimate Tensile Stregth) baja yang
dirol atau dibentuk secara dingin ini berkisar antara 290-586 Mpa, dan ratio perbandingan
antara tegangan tarik ultimate dan tegangan leleh berkisar 1,1 7 ｾ 2,22.
Modulus elastisitas untuk baja yang dibentuk secara dingin (cold fanned) sebesar
203 KN/mm 2.
2.3 Baja Konvensional
Baja konvensional atau carbon steel adalah baja yang terdiri dari elemen-elemen
yang persentase maksimum selain bajanya sebagai berikut:
•
1,7 % carbon, 1,65% maganese, 0,60 % silikon dan 0,60 % Copper.
karbon dan manganese adalah bahan pokok untuk meninggikan teganggan (stregth) dari
baja mumi.
Baja dikategorikan berdasarkan material, ialah dari Ingot Iron (baja bongkah) tanpa
karbon sarna sekali, sampai Cost iron (baja tuang) yang mepunyai karbon sekurangkurangnya 1,7% baja ini dibagi menjadi 4 kategori (berdasarkan carbon yang dikandung):
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
10
1. Low Carbon (mengandung karbon kurang dari 0,15 %)
2. Mild Carbon (mengandung karbon 0,15%-0.29%)
3. Medium Carbon (mengandung carbon 0,30%-0,59%)
4. High Carbon (mengandung carbon 0,60%-L70%)
Baja Carbon untuk konstruksi adalah termasuk kategori Mild Carbon.
Untuk keperluan disain dipakai yield stress guna mendapatkan allow-able unit stress
(teganggan ijin) dari berbagai tipe batang yang dibebani. Dan para perencana biasanya
menghendaki baja yang dapat mempertinggi tegangan (strength) dari pada menambah
ukuran bahan.
2.3.1 Tegangan dan regangan baja Konvensional.
M
A'
A
B
C
Gambar 2.5
Tegangan regangan Baja Konvensional
Keterangan Gambar
a
= Tegangan
E: =
baja
Regangan baja
A = Titik proporsional
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
11
A'= Titik batas elastis
B = Titik batas plastis
M
=
Titik runtuh
C = Titik putus
Dari gam bar diatas dapat dilihat bahwa sampai titik A, hubungan tegangan dan
regangan masih linier atau keadaan masih mengikuti hukum hooke. Dimana hubungan
tegangan dan regangan menjadi tidak linear disebut limit proporsional. Kemiringan garis
OA menyatakan besamya modulus elastisitas E. Diagram regangan untuk baja. Titik A'
adalah titik leleh atas atau biasa disebut titik batas elastis dimana sampai batas ini bila
gaya tarik dikerjakan pada batang baja maka batang terse but akan berderformasi.
Selanjutnya bila gaya itu dihilangkan maka batang tersebut akan kembali kebentuk
semula. Dalam hal ini batang tidak mengalami deformasi permanen.
Daerah BC merupakan daerah Strain hardening, dimana pertambahan regangan
akan diikuti dengan sedikit penambahan tegangaan. Disamping itu, hubungan tegangan
dan regangan tidak lagi bersifat linear. Kemiringan garis setelah titik Bini di defenisikan
sebagai Ez Di titik M, yaitu regangn berkisar antara 20% dari panjang batang, tegangan
tarik batas (ultimate tensile stregth). Akhimya bila beban semakin bertambah besar lagi
maka titik C batang akan terputus. Fenomena bertambahnya kekuatan ini disebut strain
hardening.
Tegangan leleh adalah tegangan yang terjadi pada saat baja mulai meleleh. Dalam
kenyataannya sulit sekali untuk menentukan besamya tegangan leleh, sebab perubahan
dari elastis menjadi plastis sering kali besamya tidak tetap.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
12
2.4 Deformasi akibat Beban Terpusat
Semua bagian bahan yangrnengalarni gaya-gaya luar, dan sclanjutnya tegangan
dalam akan menjalani perubahan bentuk (mengalami regangan). Misalnya disepanjang
batang yang mengalarni suatu beban tarik aksial akan tcrcngang atau diperpanjang.
semcntara suatu kolom yang menopang suatu bcban aksial akan tertekan atau
diperpendek. Peruhahan bentuk total (deformasi ) yang dihasilkan suatu batang
dinyatakan dengan ()' (delta). Jika panjang batang adalah L. rnaka pcrubahan bentuk per
satuan panjang dinyatakan dengan hurufYunani
Perubahan bcntuk satuan ==
Ｍ
(epsilon). maka:
l:
Perubahan bentuk total
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
ｾ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
Ｍ
atau
()
6'=
Panjang
L
Besarnya perubahan bentuk yang dihasilkan pada suatu batang tertentu akibat suatu
gaya tertentu akan berubah scsuai dengan kekakuan bahan batang,
Sifat penting lainnya dari bahan struktur yang telah berubah bcntuk oleh suatu gaya
harus rnarnpu kembali ke bcntuk aslinya dengan scrnpurna, hila gaya dilepas. Bahan yang
rncmpunyai sifat ini dikatakan elastik. Suatu bahan secara populcr diperk irakan elastik
jika bahan ini mampu rnenahan perubahan bcntuk dengan pcrsentasc yang tinggi tanpa
kerusakan. Schingga karet diperkirakan bahan yang sangat elastis. Tetapi hila bicara
secara teknis. suatu bahan hanya dikatakan elastis bila bahan rnernpunyai kernampuan
untuk kernbali ke bentuk asalnya. sctelah gaya dilepas.
Tctapi agar sifat elastis bahan yang rnernpunyai kekuatan fisis terbatas tcrpclihara.
maka pcrubahan bentuk dan tegangan yang menyertai perubahan bentuk tcrsebut harus
tidak melampaui suatu batas tertentu. Batas itu dinyatakan sebagai batas elastis bahan
terscbut.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
13
2.5 Tekuk Kolom
Latar belakang tekuk kolom pertama dikemukakan oleh Euler pada tahun 1759.
batang dengan beban konsentris yang semula lurus dan semua seratnya tetap elastis
hingga tekuk terjadi akan mengalami lengkungan yang kecil seperti pada gambar 2.1.
Walaupun Euler hanya menyelidiki batang yang dijepit disalah satu ujung dan bertumpu
sederhana (simply supported) di ujung lainnya, logika yang sarna dapat diterapkan pada
kolom yang berujung sendi, yang tidak memiliki pengekangan rotasi yang merupakan
batang dengan kekuatan tekuk terkecil. Kita akan mendapatkan rumus-rumus gaya kritis
yang dapat diterima oleh suatu batang sebelum tekuk terjadi.
Pendekatan Euler umumnya tidak digunakan untuk perencanaan karena tidak sesuai
dengan percobaan, dalam praktek kolom dengan panjang yang umum tidak sekuat seperti
yang dinyatakan oleh rumus-rurnus Euler.
Considere dan Engesser pada tahun 1889 secara terpisah menemukan bahwa
sebagian dari kolom dengan panjang yang umum menjadi inelastic (tak elastis) sebeJum
tekuk terjadi dan harga E yang dipakai harus memperhitungkan adanyajumlah serat yang
tertekan dengan regangan diatas batas proportional. Jadi mereka menyadari bahwa
sesungguhnya kolom dengan panjang yang umum akan hancur akibat inelastic dan bukan
akibat tekuk elastis.
Akan tetapi pengertian yang menyeluruh tentang kolom dengan beban konsentris
baru tercapai pada tahun 1946 ketika Shanley menjabarkan teorinya yang sekarang
temyata benar. la mengemukakan bahwa pada hakekatnya kolom masih mampu memikul
beban aksial yang lebih besar walaupun telah melentur, tetapi kolom mulai melentur pada
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
]4
saat mencapai beban yang disebut beban tekuk,
yang menyertakan pengaruh inelastic
pada semua serat penampang melintang.
Untuk menentukan kekuatan kolom dasar, kondisi kolom perlu diidealisir dengan
beberapa anggapan. Mengenai bahan. kita mengangap : (I) sifat tegangan di seluruh titik
pada penampang; (2) tidak ada tegangan intemal seperti akibat pendinginan setelah
penggilingan (rolling) dan akibat pengelasan. Mengenai bentuk dan kondisi ujung. kita
dapat mengangap (3) kolom lurus sempuma dan prismatis; (4) resultante be ban bekerja
melalui sumbu pusat batang sampai batang mulai melentur; (5) kondisi ujung harus statis
tertentu sehingga panjang antara sendi-sendi ekivalen dapat ditentukan. Anggapan lain
tentang tekuk adalah (6) teori lendutan yang kecil seperti pada lenturan umurn berlaku
dan gaya geser dapat diabaikan.
Setelah anggapan-anggapan diatas dibuat, sekarang disetujui bahwa kekuatan suatu
kolom dapat dinyatakan sebagai :
(J
cr =
PIA =
T[2.£,
(K.L/rr
Dengan :
(J
cr =
PI A
= tegangan rata-rata pada penampang
E t
= modulus tangent pada PI A
KUr
=
angka kelangsingan effektif (ujung sendi ekivalen)
Kita tahu bahwa batang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk elastis dan
batang tekan yang pendek yang buntak dapat dibebani sampai bahan meleleh atau bahkan
sampai daerah pengerasan regangan (strain hardening)
Pada keadaan yang umurn,
kehancuran akibat tekuk terjadi setelah sebagian penampang melintang rneleleh, keadaan
ini disebut dengan tekuk inelastic.
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
15
Tekuk mumi akibat beban aksial sesungguhnya hanya terjadi apabila anggapan dari
(I) sampai (6) diatas berlaku. Kolom biasanya merupakan satu kesatuan dengan struktur.
dan pada hakekatnya tidak dapat berlaku secara independen. Dalam praktek, tekuk
diartikan sebagai pembatasan antara lendutan stabil dan tak stabil pada batang tekan: jika
bukan kondisi sesaat yang terjadi pada batang langsing elastis yang diisolir. Banyak
insinyur menyebut "beban tekuk praktis" ini sebagai "beban batas (ultimate)".
2.6 Keruntuhan Batang Tekan
Dari mekanika bahan kita tahu bahwa batang tekan yang pendek akan dapat
dibebani sampai be ban meleleh. Satang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk
elastis. Pada keadaan umum kehancuran akibat tekan terjadi diantara keruntuhan akibat
kelelehan bahan akibat tekuk elastis, setelah bagian penampang melintang rneleleh,
keadaan ini disebut tekuk inelastic (inelastic buckling).
Ada 3 (tiga) jenis keruntuhan batang tekan yaitu :
1. Keruntuhan akibat tegangan yang terjadi pada penampang telah melampaui kekuatan
materialnya.
2. keruntuhan akibat batang tertekuk elastic (elastic buckling). Keadaan ini terjadi pada
bagian konstruksi yang langsing. Disini hokum Hooke masih berlaku bagi serat
penampang dan tegangan yang terjadi tidak melebihi batas proporsional.
ｾ
3. keruntuhan akibat melelehnya sebagian serat disebut tekuk
clo[',c
ｾ
ｩ
e I G Lk
=
= 1.8014
LI
111.024 em
ｾ
3
Lk
LI = ---- =66,7cm
n
Ar
=ｾｾ
=
ｾ
67 ern
30,173
I,
d
= 2 x'
I v + 2xAx ( Xa + 2
lIt
t
0
= 152,8128 Cm-l
;"
ｾ ｾ
I".
2.A
ｾ
4.8765
em
Jesanna Oktavia Siagian : Analisa Tekuk Kolom Baja Ringan (Zincalume) Dan Baja Konvensional, 2008.
USU Repository © 2009
41
A"
L