BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi dalam bidang konstruksi terus menerus mengalami peningkatan, kontruksi bangunan merupakan bagian dari kehidupan manusia yang tidak akan pernah berhenti dan terus mengalami perkembangan dari masa ke masa, khususnya bangunan yang menggunakan material baja. Berbagai inovasi yang ditemukan oleh para ahli membawa proses pembangunan itu sendiri ke arah yang semakin baik. Baja banyak digunakan untuk bangunan bertingkat tinggi maupun bangunan yang berbentang lebar. Selain kemampuan material baja yang cukup besar untuk menahan tarik dan tekan, sifat daktilitas yang dimiliki baja menjadikan material ini sangat baik digunakan dalam konstruksi tahan gempa, untuk menjamin tetap berdirinya suatu konstruksi di daerah rawan gempa seperti Indonesia. Namun karena harga material baja relatif mahal maka diperlukan upaya untuk dapat memperoleh desain konstruksi baja yang lebih ekonomis dan dapat meminimalisir penggunaan bahan baja tersebut. Dengan harga bahan bangunan khususnya bahan baja yang relatif harganya semakin meningkat, maka dengan menggunakan balok kastela (castellated beam) dalam pelaksanaan konstruksi akan diperoleh suatu penghematan biaya yang cukup berarti dari segi penggunaan material baja, di samping itu juga lebih bersifat padat karya. Konstruksi baja merupakan suatu alternatif yang menguntungkan dalam pembangunan gedung dan struktur yang lainnya baik dalam skala kecil maupun besar. Hal ini dikarenakan material baja mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan bahan konstruksi yang lain. Bila dibandingkan dengan beton konvensional, baja memiliki beberapa keunggulan yang perlu diperhatikan dalam pembangunan yang saat ini sedang berkembang pesat, yaitu selain awet dan kuat, berat yang lebih ringan, specific strength yang lebih tinggi serta waktu pengerjaan yang lebih cepat dapat mempercepat pengerjaan konstruksi. Ditambah lagi dengan keseragaman material yang lebih terjamin karena dibuat secara fabrikasi (homogen).
1
Balok Kastella (castellated beam) adalah balok yang dipakai untuk konstruksi bentang panjang (lebih dari 10 meter), yang berupa 2 profil baja yang disatukan menjadi 1 untuk mendapatkan tinggi profil yang sesuai. Profil tersebut dilubangi untuk memperkecil berat sendiri profil dan agar sambungan lasnya dapat lebih efektif dan efisien. Bentuk badan profil baja kastela tergantung dari teknis pembelahan pelat badan profil yang disesuaikan dengan kebutuhannya. Ada beberapa macam bentuk yang sering dipergunakan di lapangan, salah satunya adalah bentuk belah circular seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1.
Sumber : http//www.asdmetalservices.co.uk Gambar 1.1 Profil balok I dipotong circular sepanjang badan Berbagai upaya pengembangan sistem struktur telah dilakukan, berawal dari struktur truss 2D untuk penyangga atap, yang dalam aplikasinya berkembang menjadi balok penyangga atap dan lantai, seperti lattice beam, vierendeel beam, dan berkembang lagi menjadi balok kastela dengan lubang bukaan lingkaran, ellips, heksagonal, dan segi-empat. Lattice beam didefinisikan sebagai balok terbuka (open beam) yang dibentuk dari balok yang dihubungkan dan diperkuat/diperkaku dengan batang-batang diagonal. Sedangkan vierendeel beam merupakan balok yang bentuknya menyerupai frame, yang memanfaatkan kemampuan lentur dan aksial tanpa diagonal bracing dalam mendukung beban. Dalam perkembangan selanjutnya penggunaan profil IWF (I Wide Flange) sebagai komponen struktur pendukung beban mulai umum digunakan. Salah satu
2
upaya yang dilakukan untuk menghemat biaya konstruksi dan memperoleh desain konstruksi yang ekonomis adalah dengan meminimalisasi bahan pada balok profil IWF yang dilakukan dengan menambah tinggi balok melalui pembuatan balok yang dibelah menjadi dua bagian pada badan, yang dikenal dengan balok castellated. Bukaan pada balok castellated ini dapat berupa bukaan lingkaran, ellips, heksagonal, dan segi-empat. Secara umum, pembuatan lubang pada balok baja castellated modifikasi tidak akan membuat modulus tampang balok berkurang secara signifikan. Namun permasalahan yang sering muncul akibat adanya lubang pada badan balok adalah terjadinya pengurangan kapasitas geser balok. Selain itu bukaan juga akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan yang memicu terjadinya crack di daerah tersebut dan rentan terjadi tekuk baik lokal maupun lateral. Salah satu cara untuk meningkatkan kapasitas geser dan kapasitas momen pada balok baja castellated modifikasi akibat adanya lubang pada badan balok adalah dengan memberi pengaku pada badan balok, serta dikombinasikan dengan mortar pada bagian web baja castellated modifikasi. Kombinasi balok baja dengan pengaku arah menyilang diharapkan dapat memiliki kapasitas yang relatif meningkat dalam mengakomodasi gaya-gaya yang terjadi. Maka untuk selanjutnya perlu dilakukan penelitian lebih mendalam terhadap sistem ini. Castellated Beam mempunyai beberapa keunggulan, diantaranya adalah : a. Dengan lebar profil yang lebih tinggi, menghasilkan momen inersia dan section modulus yang lebih besar sehingga lebih kuat dan kaku dibandingkan profil asalnya. b. Mampu memikul momen lebih besar dan tegangan ijin yang lebih kecil. c. Bahannya ringan, kuat, serta mudah dipasang. d. Sesuai untuk bentang yang panjang dibanding dengan profil baja IWF biasa. Namun, balok kastela yang telah dikembangkan selama ini juga memiliki kekurangan sebagai berikut: a. Pemotongan profil IWF menjadi berbagai bentuk bukaan, antara lain heksagonal, lingkaran, segi-empat, dan bentuk lainnya, memerlukan
3
pengerjaan yang tidak sederhana, antara lain memerlukan proses pemotongan yang teliti. b. Tinggi efektif balok kastela yang dihasilkan terbatas, yaitu tergantung dari dimensi profil dan jenis maupun ukuran bukaan yang digunakan, sehingga kenaikan kapasitas geser juga terbatas. c. Masalah kelangsingan pada badan dengan bukaan perlu diperkecil. d. Mekanisme kegagalannya didominasi oleh vierendeel mechanism, karena berkurangnya kekakuan sayap. e. Masalah tekuk di bagian web pada penelitian sebelumnya yang menggunakan profil siku sebagai penyambung dapat diminimalisir dengan adanya kekakuan yang dapat diatur oleh pengaku diagonal berupa tulangan baja. f. Terjadinya pengurangan kapasitas geser balok, terjadinya konsentrasi tegangan sehingga rentan terjadi tekuk baik tekuk lokal maupun lateral Maka dari itu, penulis akan meneliti castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja, untuk mengatasi kekurangan yang sudah disebutkan di atas, yaitu : a. Pemotongan
profil
IWF
menjadi
lebih
sederhana,
karena
garis
pemotongannya lurus sepanjang bentang. b. Pemotongan dibuat simetris dengan bagian atas sama besar dengan bagian atas. c. Penambahan pelat sebagai perkuatan diantara pengaku diagonal. d. Kekakuan dan kekuatan arah vertikal maupun lateral dioptimalkan melalui dimensi tulangan. e. Kombinasi balok baja dengan pengaku arah menyilang diharapkan dapat memiliki kapasitas yang relatif meningkat dalam mengakomodasi gaya-gaya yang terjadi.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang masalah, maka ada beberapa hal penting yang perlu dikaji dalam penelitian ini, yaitu :
4
1. Mengetahui perilaku geser castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja. 2. Mengetahui
pola
keruntuhan
castellated
beam
modifikasi
dengan
menggunakan pengaku diagonal tulangan baja. 3. Mengetahui kapasitas geser castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja. 4. Mengetahui nilai hubungan beban lendutan yang terjadi pada castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja. 5. Mengetahui besarnya tegangan dan regangan yang terjadi pada elemen IWF dan tulangan diagonal pada castellated beam modifikasi.
1.3 Tujuan Penelitian Berdasarkan dari uraian identifikasi masalah, maka tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengetahui perilaku geser balok kastela modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja. 2. Untuk mengetahui perbandingan perilaku geser castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja, dibandingkan dengan balok baja castellated non-komposit (Heldita, 2012), balok castellated bukaan heksagonal non-komposit (Atmaja, 2012), balok kastela modifikasi dengan penyambung profil siku (Sudewi, 2014). 3. Mengetahui perbandingan lendutan castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja, pada setiap tahap pembebanan, antara hasil ekperimen dengan hasil SAP2000 dan Abaqus CAE, serta dengan hasil penelitian sebelumnya Heldita (2012), Sudewi (2014) terkait perilaku geser balok kastela yang menggunakan profil IWF dan tinggi efektif balok kastela yang sama serta bentang yang sama pula. Perbandingan juga dilakukan terhadap penelitian Atmaja (2012) yang mengkaji perilaku geser balok kastela bukaan heksagonal, yang terbuat dari profil IWF yang sama. 4. Untuk mengetahui pola keruntuhan castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja, apakah terjadi tekuk lokal pada
5
tulangan atau pada flens IWF, serta membandingkan hasil eksperimen dengan hasil penelitian sebelumnya Heldita (2012), Atmaja (2012) dan Sudewi (2014). 5. Untuk mengetahui perbandingan kapasitas geser castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja, dibandingkan dengan balok baja castellated bukaan segiempat non-komposit (Heldita, 2012), balok castellated bukaan heksagonal non-komposit (Atmaja, 2012), balok kastela modifikasi dengan penyambung profil siku (Sudewi, 2014).
1.4 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengoptimalkan sistem castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja sehingga dapat dijadikan acuan dan membantu dalam pengaplikasian struktur baja di lapangan serta dapat menambah referensi bagi perencana yang berminat menggunakan konstruksi baja castellated beam sehingga perencana bisa memilih tipe struktur dan penggunaan material yang tepat.
1.5 Batasan Masalah Penelitian castellated beam modifikasi dengan menggunakan pengaku diagonal tulangan baja ini sebagian besar didasarkan atau mengacu pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya yaitu mengenai Perilaku Geser Balok Castellated Bentuk Lubang Segiempat Non-Komposit oleh Heldita (2012), Balok Castellated Bukaan Heksagonal Non-Komposit oleh Atmaja (2012), Balok Kastela Modifikasi dengan Penyambung Profil Siku oleh Sudewi (2014). Adapun dimensi dan ukuran profil castellated beam yang digunakan mengikuti ukuran yang telah diteliti sebelumnya, yaitu 275 x 75 x 7 x 5 mm. Adapun beberapa batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Benda uji berupa balok kastela dengan menggunakan profil I wide flange (IWF) dengan dimensi 150x75x5x7 mm. Kedua bagian profil baja yang telah terpisah tersebut disatukan menggunakan tulangan baja sebagai pengaku diagonal dengan diameter 22 mm yang dilas dengan arah menyilang pada 6
kedua sisi badan profil I wide flange, serta penambahan pelat yang dilas diantara pengaku diagonal. 2. Panjang bentang profil IWF untuk pengujian geser sebesar 910 mm, dengan jarak tumpuan ke tumpuan sebesar 780 mm. Ketentuan tersebut diambil agar hasilnya dapat dibandingkan dengan penelitian sebelumnya oleh Heldita (2012) dan Sudewi (2014). 3. Jumlah benda uji untuk pengujian adalah sebanyak satu buah, yang nantinya hasilnya akan dibandingkan dengan penelitian balok castellated bentuk lubang segiempat non-komposit (Heldita, 2012), balok castellated bukaan heksagonal non-komposit (Atmaja, 2012), balok kastela modifikasi dengan penyambung profil siku (Sudewi, 2014), dan hasil analisis dengan program abaqus CAE dan SAP2000. 4. Sudut pengaku diagonal tulangan arah menyilang sebesar 45o yang dilas saling menyilang diantara kedua sisi badan profil IWF dan dilas pada pelat diantara pengaku. Pemasangan pengaku tersebut diberi space sekitar 10 mm antara ujung pengaku dengan bagian flange profil IWF. 5. Beban yang diaplikasikan pada balok adalah beban dua titik yang bekerja pada arah tegak lurus bidang balok, dimana posisi titik pembebanan adalah 1/3 dan 2/3 dari panjang total benda uji (jarak tumpuan ke tumpuan). Beban yang bekerja diasumsikan sebagai beban gravitasi arah vertikal, sedangkan beban gempa tidak diperhitungkan. 6. Tinjauan yang dilakukan adalah perilaku geser, beban, regangan, dan besarnya lendutan yang terjadi akibat proses pembebanan.
1.6 Keaslian Beberapa penelitian yang dilakukan mengenai struktur balok baja castellated “Parametric study of castellated beam with varying depth of web opening” (Wakchaure, Sagade, Auti, 2012), “Distortional buckling of castellated beams” (Zirakian & Showkati, 2006), Perilaku Geser Balok Castellated Bentuk Lubang Segiempat dengan Tulangan Non-Komposit (Heldita, 2012), Perilaku Geser Balok Komposit Castellated Bukaan Heksagonal Non-Komposit (Atmaja,
7
2012), Perilaku Geser Balok Kastela Modifikasi dengan Penyambung Profil Siku (Sudewi, 2014). Penelitian
mengenai
balok
baja
castellated
modifikasi
dengan
menggunakan pengaku diagonal tulangan baja belum pernah dilakukan sehingga penelitian ini masih terjamin keasliannya.
8
