Baja Struktural Cold Formed .1 Baja yang dapat dipakai

Gambar 2.3. Properti Baja Akibat Proses Dingin Brockenbrough dan Merritt 1999. 2.1.5 Baja Struktural Cold Formed 2.1.5.1 Baja yang dapat dipakai Untuk keperluan Tugas Akhir ini, struktur baja ringan yang akan dianalisis didesain menurut Australian and New Zealand Standards. Peraturan ini memuat standar spesifikasi baja yang memenuhi persyaratan untuk keperluan desain. Peraturan dalam Standard Australia yang digunakan dalam tugas akhir ini hanya berlaku pada penampang dengan ketebalan tidak melebihi 25 mm. Ketentuan – ketentuan desain dalam peraturan tersebut dikembangkan menurut Universitas Sumatera Utara eksperimen terhadap elemen struktur yang diberi beban statis. Peraturan ini tidak mengakomodasi ketahanan struktur terhadap api dan fatigue. Karakteristik material yang penting untuk desain cold-formed steel adalah tegangan leleh, kuat tarik, dan daktilitas. Daktilitas adalah kemampuan baja menahan regangan plastis atau permanen sebelum mengalami fraktur. Kemampuan ini cukup penting untuk keamanan struktural maupun proses pembentukan penampang cold-formed steel. Kemampuan ini diukur dengan penguluran baja sampai 50 mm satuan panjang. Rasio tegangan leleh dengan kuat tarik juga merupakan karakteristik yang penting karena rasio ini adalah indikasi adanya strain-hardening dan kemampuan material mendistribusikan tegangan. Dalam daftar yang dibuat oleh Australian and New Zealand Standards, kuat leleh tekan dari baja berkisar antara 200 sampai 550 MPa. Sedangkan kuat tarik bervariasi antara 300 sampai 550 MPa. Penguluran yang terjadi paling tidak lebih dari 8. Terdapat pengecualian untuk Baja G550 dalam AS 1397 yang memiliki kuat leleh tekan minimal 550 MPa dengan penguluran minimal sebesar 2 dalam 50 mm satuan panjang. Baja dengan daktilitas rendah ini memilki keterbatasan dalam penggunaannya sebagai elemen struktural sehingga hanya diizinkan untuk penampang baja dengan ketebalan tidak kurang dari 0.9 mm. Meskipun demikian, baja tersebut dapat berfungsi dengan baik dalam aplikasi khusus sebagai elemen struktural seperti dek, panel, dan rangka gedung. Universitas Sumatera Utara

2.1.5.2 Peningkatan Kekuatan Baja, Pengaruh dari Cold-Forming

Sifat mekanik dari pelat tipis baja, strip, pelat atau batang seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran mungkin amat berbeda dengan sifat yang ditunjukkan oleh penampang cold-formed steel. Spesifikasi mekanis dari lembaran baja tipis, strip, pelat atau batang, seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran dapat berbeda dengan spesifikasi yang ditampilkan oleh penampang cold-formed steel. Peningkatan kekuatan leleh dan kuat tarik material dasar virgin material di lokasi penampang pada baja cold formed berpenampang kanal dan joist Karren dan Winter 1967 ditunjukkan oleh gambar 2.4. a. Channel section Universitas Sumatera Utara b. Joist chord Gambar 2.4 Pengaruh cold-work terhadap spesifikasi mekanis penampang baja cold formed Wei Wen Yu 2000 Pengaruh dari cold-work pada spesifikasi mekanis baja diteliti oleh Chajes, Britvec, Winter, Karren, dan Uribe dari Cornell University. Dari penelitian ini, disimpulkan bahwa penyebab utama perubahan spesifik mekanis tersebut adalah strain-hardening dan strain ageing. Dalam gambar 2.5, kurva A memperlihatkan kurva tegangan-regangan pada material dasar. Kurva B dihasilkan ketika beban dihilangkan unloading pada saat baja melalui daerah strain-hardening. Kurva D menunjukkan kurva tegangan-regangan jika baja dibebani kembali setelah terjadi strain-ageing. Perlu diperhatikan bahwa titik leleh kurva C dan D lebih tinggi daripada titik leleh material dasar dan daktilitas menurun setelah terjadi strain- Universitas Sumatera Utara hardening dan strain ageing. Gambar 2.5 Pengaruh strain-hardening dan strain-ageing terhadap spesifikasi mekanis tegangan-regangan Wei Wen Yu 2000 Penelitian tersebut juga menghasilkan kesimpulan bahwa pengaruh dari cold-work terhadap spesifikasi mekanis di sudut-sudut penampang baja tergantung pada hal-hal sebagai berikut: 1. Tipe baja 2. Tipe tegangan tarik atau tekan 3. Arah tegangan terhadap arah cold work transversal atau longitudinal 4. Rasio fufy 5. Rasio jari-jari girasi terhadap ketebalan rit 6. Banyaknya pengerjaan cold work Universitas Sumatera Utara Rasio fufy dan rit merupakan faktor yang terpenting dalam terjadinya perubahan spesifikasi mekanis dari penampang baja. Material dasar dengan ratio fufy yang besar memiliki potensi cukup besar untuk mengalami strain hardening. Dengan demikian, jika terjadi kenaikan dari rasio tersebut, pengaruh dari cold- work terhadap peningkatan titik leleh baja juga semakin besar. Sebaliknya, bila rasio rit kecil maka pengaruh dari cold work pada bagian sudut makin besar sehingga titik lelehnya pun meningkat. Berikut ini merupakan beberapa persamaan untuk rasio dari tegangan leleh sudut akibat cold work terhadap tegangan leleh material dasar : � �� � �� = � � � � � � 2.1 � � = 3,69 � � �� � �� � − 0,819 � � �� � �� � 2 − 1,79 2.2 � = 0,192� � �� � �� � − 0,068 2.3 di mana : f yc = tegangan leleh tarik penampang tertekuk f yv = tegangan leleh tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form B c = konstanta m = konstanta f uv = kuat tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form Universitas Sumatera Utara r i = jari-jari girasi t = ketebalan pelat baja tipis Untuk spesifikasi penampang yang utuh, tegangan leleh tarik dari penampang utuh dapat diperkirakan nilainya menggunakan : � �� = �� �� + 1 − �� �� 2.4 di mana : f ya = rata-rata tegangan leleh desain dari baja berpenampang utuh dari elemen tekan C = rasio luas area tertekuk terhadap luas penampang total Untuk elemen fleksural yang memiliki flens berbeda, flens yang memiliki nilai C lebih kecil dianggap sebagai flens penentu. f yc = rata-rata tegangan leleh tarik dari penampang tertekuk = � � � �� � � � � 2.5 f yf = rata-rata tegangan leleh tarik lembaran

2.1.5.3 Daktilitas

Lembaran dan strip baja kadar karbon rendah dengan titik leleh minimum yang telah ditentukan antara 250 MPa sampai 500 MPa disyaratkan memenuhi spesifikasi australian and new zealand standards, yaitu terjadi penguluran minimal Universitas Sumatera Utara sebesar 8 dalam 50 mm satuan panjang. Tetapi, untuk baja AS 1397 – G550 dengan tegangan leleh minimal 550 MPa, penguluran minimal adalah sebesar 2 dalam 50 mm satuan panjang untuk baja dengan t = 0.60 mm. Tidak ada ketentuan khusus mengenai penguluran untuk baja yang lebih tipis dari 0.6 mm. Setelah ditemukan baja dengan kekuatan yang lebih tinggi 310 sampai 690 MPa, syarat mengenai penguluran ditentukan antara 50 sampai 1.3 dalam 50 mm satuan panjang. Rasio fufy ditetapkan berkisar antara 1.51 hingga 1. Namun, ketentuan ini cukup memberatkan untuk kepentingan desain. Peneliti sebelumnya merekomendasikan persyaratan-persyaratan untuk baja yang memiliki daktilitas tinggi sebagai berikut: a. Rasio fufy 1,08 b. Total penguluran dalam 50 mm satuan panjang tidak kurang dari 10, atau tidak kurang dari 7 dalam 200 mm satuan panjang. Ketentuan dalam AS 4600 membatasi rasio fufy sebesar 1.08. Karena kurangnya data uji coba performa elemen struktural yang memiliki rasio fufy 1.08, ketentuan dalam AS 4600 membatasi penggunaan baja tersebut hanya untuk purlin dan girt. Namun, desain gaya aksial dengan bentang pendek diizinkan selama persyaratan dari Standard mengenai daktilitas dipenuhi dan NRu tidak melebihi 0,15. Baja AS 1397 – G550 dengan ketebalan kurang dari 0,9 mm tidak memiliki Universitas Sumatera Utara daktilitas yang cukup. Penggunaannya dibatasi untuk konfigurasi khusus. Batas dari desain tegangan leleh sampai 75 dari tegangan leleh minimal yang telah ditentukan, dan desain kuat tarik sampai 75 dari kuat tarik minimal yang telah ditentukan, atau 450 MPa lebih kecil akan memiliki safety factor yang lebih besar. Meskipun demikian, Standard tetap memperbolehkan baja dengan daktilitas rendah, seperti AS 1397 – G550 dengan tebal kurang dari 0,9 mm, untuk digunakan berdasarkan hasil dari loading test yang diijinkan sebagai sebuah alternatif untuk melakukan reduksi ini. Penggunaan tegangan desain yang lebih tinggi dari ketentuan di atas juga diperbolehkan bila daktilitas material tersebut tidak mempengaruhi kekuatan, stabilitas, dan daya layan dari elemen struktural.

2.1.6 Desain Tegangan