8-str paper hendy linggo wibowo

Konferensi Nasional Teknik Sipil 8 (KoNTekS8)

Institut Teknologi Nasional - Bandung, 16 - 18 Oktober 2014

STR - 32

PREDIKSI KEKUATAN STRUKTUR TRUSS 2D KOMPOSIT

BAJA RINGAN-KAYU LAMINASI

Hendy Linggo Wibowo

1, Andreas Triwiyono

2 dan Ali Awaludin

3

1 Mahasiswa Pascasarjana Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan, FT UGM,

Yogyakarta, [email protected] 2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan, FT UGM,

Yogyakarta, [email protected] 3Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan, FT UGM,

Yogyakarta, [email protected]

ABSTRAK

Baja canai dingin saat ini banyak digunakan sebagai bahan struktur rangka atap gedung. Namun

demikian, struktur truss baja ringan memiliki kelemahan pada tekuk atau buckling yang disebabkan

oleh nilai rasio antara lebar dengan ketebalan sayap atau badan penampang yang tinggi. Oleh karena

itu perlu dikembangkan upaya untuk meningkatkan kekuatan tekuk baja ringan misalnya dengan

cara mengkombinasikannya dengan kayu menjadi struktur komposit dengan penghubung geser

sekrup. Dalam penelitian ini dibuat dua buah benda uji berupa struktur kuda-kuda baja ringan dan

komposit dan kemudian diuji secara monotonik sampai terjadi keruntuhan secara skala penuh

(fullscale) dengan tipe Howe, bentang 600 cm, tinggi 173 cm dengan sudut kemiringan 30o. Kuda-

kuda komposit baja ringan kayu mahoni yang merupakan alternatif untuk material pada batang tekan

kuda-kuda dan akan dibandingakan dengan kuda-kuda baja ringan. Pengujian struktur kuda-kuda

dilakukan dengan memberikan pembebanan statis pada 3 titik buhul kemudian diukur besarnya

lendutan dan beban maksimum yang terjadi. Kuda-kuda baja ringan dipabrikasi dan dirakit oleh

distributor baja ringan dengan menggunakan dua rangka kuda-kuda dan dilengkapi dengan bracing,

sedangkan kuda-kuda komposit hanya menggunakan satu kuda-kuda. Prediksi kekuatan truss

komposit berdasarkan perhitungan analisis kapasitas penampang akan meningkat sebesar 195 %.

Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa kuda-kuda komposit lebih kaku dan daktail dibandingkan

dengan kuda-kuda baja ringan, pada kuda-kuda baja ringan beban maksimum 6,75 KN dengan

lendutan 11,05 mm (satu kuda-kuda) belum mencapai lendutan ijin yakni L/240 = 25 mm dengan

kegagalan pada tumpuan dan batang tekan. Pada kuda-kuda komposit beban maksimum 11,646 KN

dengan lendutan maksimum 37,1 mm sedangkan pada lendutan ijin 25 mm beban yang tercapai

sebesar 9,49 KN dengan mode kegagalan tekuk pada batang tekan. Kekuatan kuda-kuda baja ringan

setelah batang tekan dikompositkan dengan kayu mahoni laminasi terjadi peningkatan sebesar 173

%.

Kata kunci : baja ringan, kayu mahoni laminasi, kegagalan tekuk, komposit, struktur kuda-kuda.

1. PENDAHULUAN

Material baja sebagai salah satu alternatif pengganti kayu yang memiliki daktilitas tinggi, sehingga banyak

digunakan pada konstruksi-konstruksi struktur bangunan dan sudah dikembangkan sejak lama. Struktur truss baja

ringan memiliki kelemahan pada tekuk atau buckling yang disebabkan oleh nilai rasio antara panjang dan ketebalan

sayap atau badan penampang yang tinggi. Maka untuk memperbaiki kegagalan tekuk yang terjadi, struktur baja

ringan diberikan perkuatan dengan cara dikompositkan dengan kayu pada batang tekan. Diharapkan dengan

komposit kayu dengan baja ringan akan menambah kekuatan, kekakuan dan daktilitas baja ringan, sehingga dapat

meningkatkan kemampuan truss dan mengurangi tekuk. Dengan menggabungkan baja ringan dengan kayu laminasi

maka perlu diteliti lebih lanjut tentang bentuk kegagalan yang terjadi, peningkatan kekuatan truss, analisis struktur

truss. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui beban dan lendutan maksimum pada truss, mengetahui besarnya

kombinasi beban pada truss, mengetahui analisis struktur truss dan peningkatan kekuatan, mengetahui tipe

kegagalan struktur truss yang terjadi, mengetahui efektifitas struktur. Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian

ini adalah dapat meningkatkan kekuatan struktur truss 2D baja ringan yang digunakan sehingga meminimalisir

kerusakan akibat tekuk pada perencanaan atap bangunan.



STR - 33

2. STUDI PUSTAKA

Baja ringan memiliki kelemahan terhadap local buckling, untuk mengurangi terjadinya hal tersebut maka, Li (2005)

melakukan penelitian tentang balok komposit baja ringan dengan kayu (Oriented Strand Board) dan sangat efektif

sehingga struktur komposit meningkat pada kekuatan lentur, daktilitas dan stabilitas. Adapun tujuan dari penelitian

ini adalah untuk mengembangkan dan meneliti lebih jauh tentang struktur baru yang mengkombinasikan antara kayu

dengan baja ringan profil C, yang mana komposit dari kayu dan baja ringan akan menghasilkan struktur yang lebih

ductile. Pada penelitian tersebut menggunakan penghubung geser sekrup, dari delapan benda uji , kesimpulan adalah

dengan berbagai variasi kombinasi komposit baja ringan-kayu saling mengikat satu sama lainnya, dan sekrup yang

digunakan mengikat antara kayu dengan baja ringan, pada 24 titik shear connector terbukti bahwa menghasilkan

kekuatan dan perilaku yang menyatukan antara kayu dan baja ringan. Winter, dkk (2012) meneliti tentang balok

komposit kayu laminasi - baja ringan dimana balok dibentuk dari dua buah baja ringan dengan profil U dan glulam

atau cross laminated. Pada kedua bagian profil tersebut kemudian dihubungkan dengan sekrup. Dalam pengujian

terdapat empat variasi pembuatan balok, setelah dilakukan pengujian diketahui bahwa balok yang terlemah adalah

balok variasi ketiga yakni balok X-lam dan baja ringan dengan penghubung geser paku, kegagalan terjadi pada

lateral torsional buckling. Sedangkan kegagalan ketiga variasi lainnya terjadi akibat retak pada bagian tarik balok

kayu. Selain komposit kayu dengan baja ringan, Andreas (2012) meneliti tentang studi eksperimental pengujian

lentur balok komposit baja ringan dengan balok beton bertulang, sedangkan Lisantono, dkk (2012) meneliti tentang

balok komposit baja profil C dengan beton ringan. Kemudian Basukito (2010), Wijaksana (2010), dan Dayang,

(2013), melakukan penelitian tentang kuda-kuda baja ringan bentang 6 meter dengan bentang 8 meter dengan 3

kuda-kuda. Pada penelitian yang dilakukan oleh Sukron (2014) dengan judul Perilaku Struktur Rangka Kuda-kuda

Komposit Baja Ringan dengan Pengisi Beton Serbuk Kayu. Pengujian kuda-kuda dua dimensi yakni menggunakan

satu buah kuda-kuda pada setiap pengujian dan kuda-kuda komposit. Pada kuda-kuda komposit baja ringan dengan

pengisi mortar 20% serbuk kayu : 80% pasir pada batang tekan dan 80% serbuk kayu : 20% pasir pada batang tarik,

pada sambungan menggunakan pelat sambung dari baja ringan diberi baut sedangkan untuk mengurangi buckling

digunakan shear connector berupa pemasangan 2 buah baut pada jarak 70 cm dari joint. Dari hasil penelitian dengan

membandingkan tiga buah kuda-kuda yang terdiri dari kuda-kuda baja ringan, kuda-kuda beton bertulang, kuda-

kuda komposit akan dibandingkan dengan metode elemen hingga software SAP 2000.

Tekuk Elastis Euler6

Teori tekuk kolom pertama kali diperkenalkan oleh Leonhard Euler tahun 1744. Komponen struktur yang dibebani

secara konsentris, dimana seluruh serat batang masih dalam kondisi elastik hingga terjadi tekuk, perlahan-lahan

melengkung.

Menurut Euler beban kritis dituliskan dalam rumus sebagai berikut:

(1)

Keterangan:

: Beban kritis : Modulus Elastisitas I : Momen inersia

L : Panjang batang

Struktur Tekan Baja Ringan

Gaya aksial tekan desain (N*) harus memenuhi syarat berikut:

N* c Ns (2) N* c Nc (3)

Keterangan:

c : 0,85 faktor reduksi kapasitas untuk komponen struktur dalam tekan Ns : kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tekan , Ns = Ae fy

Ae : luas efektif saat tegangan leleh (fy)

Nc : kapasitas komponen struktur nominal dari struktur dalam tekan, Nc = Ae fn

Ae : luas efektif saat tegangan kritis (fn)

fn : tegangan kritis

dimana :

untuk c 1,5: fn =( ) fy

untuk c > 1,5: fn =( ) fy



STR - 34

Keterangan :

c : kelangsingan nondimensional digunakan untuk menentukan nilai fn dimana :

c =

(4)

foc : nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi dan lentur torsi elastis atau analisis tekuk yang rasional.

Struktur Tarik Baja Ringan

Desain untuk aksial tarik berdasarkan SNI 7971 : 2013, komponen struktur yang menerima gaya aksial tarik desain (

N* ) harus memenuhi :

N* t Nt (5)

Dimana :

t : faktor reduksi kapasitas untuk komponen struktur tarik

Nt : kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tarik

Sambungan

Gaya tumpu desain (Vb*) pada satu sekrup harus memenuhi :

Vb* . Vb (6)

Dengan :

: faktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu lubang

Vb : kapasitas tumpu nominal bagian tersambung

Gaya Geser Desain Baut (7)

Keterangan :

: faktor reduksi kapasitas baut yang menerima geser

: kapasitas geser nominal baut

: 0,62 . (nnAc + nxAo)

: kekuatan tarik minimum satu baut

nn : jumlah bidang geser dengan ulir pada bidang geser

Ac : luas diameter minor satu baut

nx : jumlah bidang geser tanpa ulir pada bidang geser

Ao : luas penampang baut tanpa ulir

Struktur Komposit

Perancangan balok komposit menggunakan metode tampang transformasi (Gere dan Timoshenko,1997). Metode ini

adalah mentransformasikan penampang yang terdiri lebih dari satu jenis bahan, ke dalam suatu penampang

ekuivalen yang disusun menjadi satu jenis bahan. Penampang akhir ini disebut sebagai penampang transformasi

(transformed section).

Perbandingan modulus elastisitas bahan komposit menjadi rasio modular yang dituliskan pada persamaan berikut:

n =

(8)

Dengan :

n : rasio modular

E2 : Modulus elastisitas bahan 2

E1 : Modulus elastisitas bahan 1

Momen inersia tampang transformasi berkaitan dengan momen inersia penampang semula dituliskan dalam

persamaan sebagai berikut:

IT = I1 + nI2 = I1 +

(9)



STR - 35

Dengan :

IT : Momen inersia penampang tertransformasi

I1 : Momen inersia bahan 1

I2 : Momen inersia bahan 2

Analisis Struktur

Analisis Elastis Linier (First Orde Elastic Analysis)

Analisis elastis-linier tanpa menggunakan iterasi atau tahapan pembebanan sehingga disebut sebagai analisis

struktur orde ke-1 (analisa struktur), sehingga untuk analisisnya kondisi geometri dianggap tidak mengalami

perubahan dan deformasi struktur relatif kecil. (Dewobroto, 2014).

Analisis Elastis Nonlinier (Second Order Elastic Analysis)

Analisa struktur Nonlinier terjadi bila matrik [ ] tidak konstan dan akan dipengaruhi urutan pembebanan, prinsip superposisi tidak berlaku. Analisisnya lebih kompleks dibanding analisis elastis-linier, untuk itu perlu iterasi dan

tahapan pembebanan (Dewobroto, 2014). Penyebab nonlinier dapat dikelompokkan menjadi tiga (Cook et al, 2002),

yaitu :

a. Geometri Nonlinier Akibat deformasi struktur yang relatif besar sehingga geometri sebelum dan sesudah dibebani akan berubah.

b. Problem kontak Geometri nonlinier dipengaruhi oleh tumpuan, sehingga perilaku strukturnya akan berubah bila tumpuan rol menjadi

sendi.

c. Material Nonlinier Hubungan tegangan-regangan material ditunjukkan sebagai konstanta Modulus Elastisitas mengikuti hukum Hooke

yaitu elastik linier. Tetapi bila tegangan regangan melewati batas linier maka analisis dengan elastis linier tidak akan menghasilkan kondisi riil struktur.

Hipotesis Penelitian

Prediksi kekuatan sampai batas ultimit kuda-kuda komposit kayu laminasi-baja ringan meningkat 195 % jika

dibandingkan dengan kekuatan struktur kuda-kuda baja ringan secara analitis.

3. METODE PENELITIAN

Pada penelitian digunakan dua buah kuda-kuda, kuda-kuda pertama dengan bahan baja ringan profil 75Z08 dan

65C08 (kuat leleh 592 MPa) sedangkan kuda-kuda kedua dengan geometri yang sama, pada batang tekan

dikompositkan dengan kayu mahoni laminasi (kadar air 12,2% dan berat jenis kering udara 0,77). Batang komposit

dapat dilihat pada Gambar 1, benda uji kuda-kuda baja ringan dan komposit dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3.

Pengujian pembebanan kuda-kuda berdasarkan ASTM E 73 83 (Standard Practice for Static Load Testing of Truss Assemblies) dan Setup pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.



STR - 36

Gambar 1. Komposit baja ringan-kayu laminasi

Gambar 2. Benda Uji Kuda-kuda Baja Ringan

Gambar 3. Benda Uji Kuda-kuda Komposit

Gambar 4. Setup Pengujian Pembebanan Kuda-kuda

0.8 mm

75 mm

200 mm



STR - 37

Gambar 5. (a) Hubungan beban dan defleksi kuda-kuda komposit, (b) Hubungan beban dan

defleksi kuda-kuda baja ringan (dua kuda-kuda), (c) Hubungan beban dan defleksi kuda-kuda

baja ringan (satu kuda-kuda).

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Perbandingan Hasil Eksperimen Dengan Kombinasi Beban

Kuda-kuda komposit dan kuda-kuda baja ringan menggunakan kombinasi pembebanan jarak antar kuda-kuda 1,2 meter.

Sehingga dengan jarak antar kuda-kuda yang sama akan diketahui kemampuan kuda-kuda baja ringan dengan kuda-kuda

komposit dalam mencapai beban maksimum. Kombinasi beban abu vulkanik digunakan pada daerah yang terdapat

gunung api, rekapitulasi beban kombinasi dapat dilihat pada Tabel 1. Grafik hubungan beban-defleksi dan kombinasi

beban dapat dilihat pada Gambar 5 dan Beban dan Lendutan (Maksimum, Lendutan Ijin), Kombinasi Beban dapat dilihat

pada Tabel 2. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa kuda-kuda komposit mampu meningkatkan kekuatan struktur

dalam menahan kombinasi beban yakni mampu menahan beban genteng keramik dan abu vulkanik tebal 3 cm.

Tabel 1. Beban Kombinasi

Berat total Berat total Berat total

Beban layan Keterangan

Gentang beton

Gentang

keramik Genteng metal

(KN) (KN) (KN)

A B C

Kombinasi 1 Rangka kuda-kuda selesai dengan

atap 5,274 4,021 1,515

Kombinasi 2 kejadian hujan + angin 7,153 5,900 3,394

Kombinasi 3 Hujan abu vulkanik 1 cm 7,612 6,359 3,854




(a) (b)

(c)



STR - 38

Tabel 2. Beban dan Lendutan (Maksimum, Lendutan Ijin), Kombinasi Beban

Jenis Kuda-kuda Beban Lendutan Lendutan Ijin Kombinasi

Maksimum Maksimum Pada Beban Beban

(KN) (mm) (mm) (KN) (KN)

Komposit 11,646 37,1 25 9,49 5B(Genteng keramik+ 11,036

Hujan Abu 3 cm)

Baja Ringan (satu kuda-

kuda) 3,338 6,833 25 - 1C(Rangka Selesai+ 1,515

Genteng metal)

Baja Ringan (dua kuda-

kuda) 6,75 11,05 25 - 3B(Genteng keramik+ 6,359

Hujan Abu 1 cm)

Analisis Struktur Kuda-kuda

Analisis respons struktur kuda-kuda pada penambahan beban secara bertahap menghasilkan kurva beban-lendutan yang

linier akan tetapi bila dipengaruhi oleh material yang nonlinier, geometri nonlinier dan problem kontak, maka kurva

beban lendutan dapat dianalisa dengan analisis elastis nonlinier.

Analisis Struktur Kuda-kuda dengan SNI 7971 : 2013 dan Teori Euler

Dari hasil pengujian dan teoritis didapatkan Beban maksimum, Lendutan Maksimum, Kapasitas aksial

tekan, kapasitas aksial tarik dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Perbandingan hasil pengujian dan analisis teoritis

Parameter Keterangan Truss Komposit Baja Ringan Kayu Laminasi

Truss Baja Ringan

Beban

Maksimum Teoritis (analisis

Kapasitas penampang)

13,80 KN 7,08 KN

(100%) (100%)

Hasil Pengujian

11,646 KN 6,75 KN

(84,391%) (95,339%)

Kapasitas

aksial tekan Teoritis (analisis gaya

aksial batang)

11,00 KN 5,795 KN

(100%) (100%)

Hasil Pengujian

9,32 KN 5,414 KN

(84,727%) (93,424%)

Kapasitas

aksial tarik Teoritis (analisis gaya

aksial batang)

12,144 KN 6,338 KN

(100%) (100%)

Hasil Pengujian

10,27 KN 5,943 KN

(84,565%) (93,772%)

Dari Tabel 3. terlihat bahwa struktur kuda-kuda komposit dan kuda-kuda baja ringan mengalami kegagalan yang sama

akibat kelebihan kapasitas batang tekan. Tapi diketahui dari nilai gaya aksial tekan maupun gaya aksial tarik (hasil

pengujian) masih dibawah perhitungan kapasitas tekan atau tarik teoritis hal ini disebabkan pembebanan pada saat

pengujian masih belum maksimal sudah gagal karena kuda-kuda sudah mengalami deformasi lateral akibat dari metode

pembebanan (pada saat memberikan beban statik terjadi pergeseran arah lateral).

Analisis Struktur Kuda-kuda menggunakan program ABAQUS

Analisis dengan Metode Elemen Hingga dapat digunakan untuk memprediksi hasil yang mendekati eksperimen. Dengan

pembebanan secara bertahap maka kondisi menjadi elastis nonlinier sehingga dalam analisis dengan program ABAQUS

untuk menghasilkan kurva Beban-Lendutan mendekati eksperimen, maka diperlukan hasil uji pendahuluan yakni

pengujian komponen komposit dan baja ringan untuk mengetahui tegangan-regangan masing-masing material.



STR - 39

Perbandingan Analisis Struktur Kuda-kuda antara hasil eksperimen, analisis dengan ABAQUS dan

SNI 7971 : 2013 / Teori Euler

Pada Gambar 6.a menunjukkan bahwa hasil pengujian kuda-kuda komposit lebih mendekati pada analisis kapasitas

penampang dengan teori tekuk Euler, hasil perilaku struktur hasil analisis dengan ABAQUS menunjukkan lebih kaku dan

mampu menahan beban lebih besar karena pemodelan menggunakan bentuk wire planar sehingga tidak menunjukkan

kondisi tekuk sebenarnya. Dan Gambar 6.b hasil pengujian kuda-kuda baja ringan hasil analisis kapasitas penampang

dengan SNI mendekati tetapi hasil FEA dengan ABAQUS kekakuan sudah mendekati tetapi beban ultimit lebih tinggi

dari pengujian karena pemodelan tidak menggunakan 3D Solid.

Gambar 6. (a) Perbandingan beban dan defleksi kuda-kuda Komposit hasil eksperimen, Analisis dengan ABAQUS dan

teoritis, (b) Perbandingan beban dan defleksi kuda-kuda Baja Ringan hasil eksperimen, Analisis dengan ABAQUS dan

teoritis.

Analisis Kegagalan Struktur Kuda-kuda

Gambar 7. (a) Kegagalan tekuk pada batang tekan truss baja ringan (satu kuda-kuda), (b) Kegagalan tekuk batang tekan

truss komposit (Tampak samping), (c) Kegagalan tekuk pada batang tekan dan tumpuan truss baja ringan ( dua kuda-

kuda ).

Dari hasil pengujian dengan pembebanan pada struktur rangka kuda-kuda komposit, kegagalan struktur terjadi akibat

tekuk/buckling pada batang tekan saat dilakukan pembebanan sebesar 11,646 KN. Dari Gambar 7 (a) dapat dilihat bahwa

kegagalan strukur disebabkan oleh batang tekan komposit profil Z secara keseluruhan sepanjang 350 cm yang mengalami

(a) (b)

(a) (b)

(c)



STR - 40

lateral buckling atau tekuk ke arah sumbu x penampang. Tekuk terjadi pada tengah batang secara keseluruhan karena

batang komposit tidak terputus pada titik buhul. Ditinjau dari perhitungan awal kapasitas tekan batang komposit

menunjukkan sumbu lemah terdapat pada sumbu x. Dengan kata lain kapasitas minimum didapatkan akibat tekuk arah

sumbu x (lateral buckling). Sehingga kegagalan struktur kuda-kuda pada saat pengujian sesuai dengan analisis awal yang

telah dilakukan.

Kegagalan struktur berupa tekuk pada batang tekan struktur rangka kuda-kuda komposit ini disebabkan oleh gaya aksial

pada batang tekan hasil pengujian melebihi kapasitas penampang tekan sehingga batang tekan mengalami tekuk ke arah

sumbu lemah penampang (sumbu x). Beban maksimum kuda-kuda yang menyebabkan kegagalan sebesar 11,646 KN.

Secara keseluruhan struktur truss kuda-kuda komposit ini memiliki kinerja yang cukup kuat dalam menerima gaya yang

diterima.

Terjadinya kegagalan struktur kuda-kuda baja ringan (satu kuda-kuda) Gambar 7 (b) disebabkan oleh :

a. Komponen penyusun rangka kuda-kuda yang terdiri dari profil Z dan profil C terpasang tidak sentris, sehingga menyebabkan beban (gaya batang) yang diterima oleh batang tekan maupun tarik menjadi eksentris. Walaupun telah

dipasang pengaku arah lateral, tetapi pengaku tersebut hanya dipasang pada tiga titik saja.

b. Kegagalan struktur diawali dengan tekuk pada batang tekan ke arah sumbu X (sumbu lemah) penampang atau mengalami tekuk torsi lateral. Kondisi batang tarik baja ringan mengalami kegagalan setelah terjadi tekuk lentur

dan torsi pada batang tekan.

Karena kuda-kuda baja ringan dengan satu kuda-kuda tidak cukup kaku menahan beban sampai beban maksimum karena

pengaruh gaya lateral dan beban eksentris maka perlu dilakukan pengujian pada kuda-kuda baja ringan dengan

menggunakan 2 kuda-kuda dan diberi pengaku (bracing) untuk menambah kekakuan struktur hingga mencapai beban

maksimum dan kegagalan struktur tersebut dapat dilihat pada Gambar 7 (c). pola kegagalan terjadi disebabkan oleh tekuk

lentur atau torsi pada batang tarik di daerah tumpuan sendi sehingga mengakibatkan kerusakan pada tumpuan dan batang

tekan.

Efektifitas Struktur Truss

Berat struktur kuda-kuda komposit 0,61 KN sedangkan berat kuda-kuda baja ringan 0,20 KN, sehingga berat struktur

kuda-kuda bertambah 3 kali.

Tabel 4. Efektifitas struktur kuda-kuda

Jenis struktur

kuda-kuda

Berat

Beban

terbesar Rasio

beban/berat

Rasio

harga/beban (KN) (KN)

KK. Komposit 0,608 11,646 19,131 Rp 148.066 / KN

KK. Baja

ringan

0,201 6,75 33,552 Rp 51.952 / KN

Dari Tabel 4 dapat disimpulkan bahwa rasio beban / berat kuda-kuda baja ringan lebih tinggi dan rasio harga / beban

kuda-kuda baja ringan memiliki rasio lebih rendah.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari hasil pengujian eksperimental dan analisis yang telah dilakukan, maka didapat beberapa kesimpulan, yaitu:

Struktur kuda-kuda komposit baja ringan-kayu laminasi memiliki peningkatan kekuatan beban ultimit 173 %

dibandingkan dengan kuda-kuda baja ringan. Prediksi (hipotesis) peningkatan kekuatan beban ultimit sebesar 195 %.

Beban maksimum dari hasil pengujian yang mampu dipikul oleh kuda-kuda komposit adalah 11,646 KN dan defleksi

37,1 mm sedangkan secara teoritis adalah 13,80 KN. Dari hasil pengujian beban maksimum kuda-kuda baja ringan yakni

sebesar 6,75 KN dan defleksi 11,05 sedangkan secara teoritis adalah 7,08 KN. Beban ultimit hasil pengujian lebih kecil

dari teoritis dan defleksi kuda-kuda komposit melebihi lendutan ijin. Hasil eksperimen bila dibandingkan dengan

kombinasi beban, maka kuda-kuda komposit berada dalam batas beban kombinasi 5B sebesar 11,036 KN terdiri dari

genteng keramik, hujan dan abu vulkanik tebal 3 cm dengan jarak antar kuda-kuda 120 cm. Sedangkan kuda-kuda baja

ringan (dua kuda-kuda) berada pada batas beban kombinasi 3B sebesar 6,359 KN terdiri dari genteng keramik, hujan abu

vulkanik tebal 1 cm. Kuda-kuda baja ringan (satu kuda-kuda) berada pada batas kombinasi beban 1C sebesar 1,515 KN

terdiri dari rangka atap dan genteng metal. Hasil pengujian kuda-kuda baja ringan (satu kuda-kuda) tidak digunakan

karena tidak mencapai beban ultimit yang mendekati teoritis sebesar 7,08 KN. Kuda-kuda komposit pada kondisi



STR - 41

lendutan ijin 25 mm memiliki beban sebesar 9,49 KN. Analisis struktur hasil eksperimen dibandingkan dengan teoritis,

kuda-kuda komposit kapasitas aksial tekan 84,727 % dari prediksi, kapasitas aksial tarik 84,565 % dari prediksi dan

kuda-kuda baja ringan kapasitas aksial tekan 93,424 %, kapasitas aksial tarik 93,772 %. Hasil eksperimen tidak mencapai

teoritis disebabkan oleh terjadinya kegagalan tekuk. Kurva kekakuan struktur dari analisis metode elemen hingga dengan

program ABAQUS untuk kuda-kuda komposit lebih kaku dari eksperimen, beban ultimit dan defleksi lebih besar dari

eksperimen karena pemodelan dengan menggunakan bentuk wire planar, sedangkan kuda-kuda baja ringan kekakuan

mendekati, tetapi beban ultimit dan defleksi lebih besar dari eksperimen karena pemodelan menggunakan wire planar

sehingga tidak dapat menunjukkan tegangan-regangan elemen struktur sebenarnya dan input tegangan-regangan

komposit menggunakan hasil pengujian komposit tidak dimodelkan terpisah antara baja ringan dengan kayu laminasi.

Analisis kegagalan struktur kuda-kuda, pola kerusakan pada kuda-kuda komposit terjadi pada batang yang mengalami

tekan maksimum yang dimulai dengan batang yang melengkung ke samping dan diakhiri dengan kerusakan berupa

lateral buckling (tekuk arah sumbu x penampang), sedangkan pola kegagalan terjadi disebabkan oleh tekuk lentur atau

torsi pada batang tarik di daerah tumpuan sendi sehingga mengakibatkan kerusakan pada tumpuan dan batang tekan.

Kuda-kuda komposit memiliki berat total 0,61 KN dimana lebih berat dibandingkan dengan kuda-kuda baja ringan yakni

0,20 KN. Sehingga berat kuda-kuda baja ringan 33,048 % dari berat kuda kuda komposit. Semakin meningkat berat sendiri kuda-kuda maka bertambahnya beban atau gaya yang bekerja pada setiap batang rangka kuda-kuda akan

bertambah tinggi. Pada kuda-kuda komposit memiliki berat sendiri yang tidak terlalu besar sehingga penambahan gaya

dalam yang terjadi tidak terlalu besar. Analisis nilai ekonomi, pekerjaan kuda-kuda komposit menghabiskan biaya

sebesar Rp 1.724.380 dengan durasi 7 hari dan kuda-kuda baja ringan menghabiskan biaya sebesar Rp 350.680 dengan

durasi 1 hari, maka lebih mahal Rp 1.373.700 dan lebih lama 6 hari dibandingkan kuda-kuda baja ringan. Pembuatan

kuda-kuda baja ringan lebih ekonomis bila dibandingkan kuda-kuda komposit. Efektifitas struktur, rasio beban/berat

kuda-kuda komposit 19,131 : 33,552 sedangkan rasio harga/beban 148,066 : 51,952. Maka dapat ditarik kesimpulan

bahwa kuda-kuda baja ringan memiliki efektifitas menahan beban atap dengan kapasitas yang dimiliki tanpa mendapat

pengaruh kapasitas akibat berat sendiri struktur bila dibandingkan dengan kuda-kuda komposit, sedangkan secara nilai

ekonomis kuda-kuda baja ringan masih dinilai lebih ekonomis dibandingkan dengan kuda-kuda komposit.

Saran

a. Untuk penelitian selanjutnya diperlukan adanya pembuatan kuda-kuda komposit (dua kuda-kuda atau lebih). b. Perlu adanya pemasangan sensor strain gauge pada semua batang sehingga bila terjadi kerusakan batang, regangan

yang terjadi dapat teramati.

c. Perlu adanya penelitian lebih lanjut dengan menggunakan dimensi dan tebal profil yang berbeda-beda guna mengetahui kinerja kuda-kuda dengan adanya perubahan tebal dan dimensi profil.

d. Perlunya penelitian lanjut terhadap perilaku struktur rangka kuda-kuda dengan pembebanan dinamik atau pembebanan secara horisontal sesuai arah beban angin.

e. Perlunya pemodelan program ABAQUS dengan 3D Solid supaya mendapatkan perilaku struktur yang mendekati eksperimen.

DAFTAR PUSTAKA

Andreas, 2012, Studi eksperimental balok komposit baja ringan dengan beton bertulang, Tugas Akhir, Program Studi

Teknik Sipil FT UI, Depok.

Badan Standarisasi Nasional (BSN), 2013, Struktur Baja Canai Dingin, SNI 7971-2013, BSN, Jakarta, Indonesia.

Basukito, R.S., 2010, Stabilitas Kuda-kuda Baja Ringan type C (Studi Kasus Pengujian Kuda-kuda Baja Ringan Bentang

6 meter),Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil FT UGM, Yogyakarta.

Cook. Malkus, Plesha and Witt, Concept and Applications of Finite Element Analysis 4th

Ed., John Wiley & Sons. Inc.,

2002.

Dayang, E.Y, 2013, Analisis Dan Pengujian Kekuatan Kuda-Kuda Baja Ringan Profil Tipe C Dengan Beban Statik,

Tesis, Jurusan Teknik Sipil FT UGM, Yogyakarta.

Dewobroto, W., 2014, Rekayasa Komputer dalam Analisis dan Desain Struktur Baja, Seminar dan Lokakarya Rekayasa

Struktur di Universitas Kristen Petra Surabaya, Universitas Pelita Harapan, Jakarta.

Gere, J.M dan Timoshenko, S. P., 1997, Mekanika Bahan (Terjemahan), Penerbit Erlangga, Jakarta.

Li, Xiangning, 2005, Composite Beams of Cold Formed Steel Section and Wood Members, Thesis, The University of

New Brunswick, Canada.

Lisantono, A., Haryanto Y. W., Meita R. S., 2012, Studi Perbandingan Balok Komposit Menggunakan Profil Baja

Bentukan Dingin (Baja Ringan) dengan Pengisi Beton Normal dan Beton Ringan, Jurnal Teknik Sipil.

Setiawan, A., 2002, Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD (Berdasarkan SNI 03-1729-2002), Penerbit

Erlangga, Jakarta.



STR - 42

Sukron, M.S., 2014, Perilaku Struktur Rangka Kuda-kuda Komposit Baja Ringan Dengan Pengisi Beton Serbuk Kayu,

Tesis, Jurusan Teknik Sipil FT UGM, Yogyakarta.

Wijaksana, Y., 2010, Analisis Dan Pengujian Kekuatan Kuda-kuda Baja Ringan Bentang 8 meter Dengan Profil type C,

Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil FT UGM, Yogyakarta.

Winter, W. W., 2012, Timber-Steel-Hybrid Beams for Multi-Storey Buildings: pp.41-48, WCTE 2012, July 15-19, 2012,

NewZealand

8-str paper hendy linggo wibowo

Documents