TUGAS AKHIR
PERBANDINGAN KAPASITAS LENTUR BALOK CASTELLA DENGAN VARIASI TINGGI LUBANG TERHADAP BALOK PROFIL-I
Diajukan Kepada Universitas Islam Indonesia Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Derajat Sarjana Strata Satu ( S1 ) Teknik Sipil
Disusun oleh : NADYA NOR AZILA 09511137
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA YOGYAKARTA 2013 i
TUGAS AKHIR
PERBANDINGAN KAPASITAS LENTUR BALOK CASTELLA DENGAN VARIASI TINGGI LUBANG TERHADAP BALOK PROFIL-I
Diajukan Kepada Universitas Islam Indonesia Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Derajat Sarjana Strata Satu ( S1 ) Teknik Sipil
NADYA NOR AZILA 09 511 137
Disahkan oleh :
Pembimbing:
Ketua Jurusan Teknik Sipil:
Ir. H. Harsoyo, M.Sc., Ph.D Tanggal:
Ir. H. Suharyatma, MT Tanggal: ii
MOTTO “Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari satu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap.” (Qs Al Insyiroh : 6-8 )
“Jadikanlah sabar dan shalatmu Sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orangorang yang sabar” (Al-Baqarah: 153)
“Setiap usaha yang dilakukan jika disertai doa dan usaha kemudian tawakal kepada Allah, maka akan membuahkan hasil sesuai dengan apa yang diusahakan. Karena janji Allah itu pasti benar adanya “
iii
PERSEMBAHAN
I dedicate this little masterpiece to my beloved family, My father Syaifan Nur, My mother Marfi’ah and my little brother Jazaan Aufa
iv
ABSTRAK
Balok Castella merupakan Open-Web Expanded Beams yang dibentuk dengan cara membelah secara zig-zag bagian tengah pelat badan profil, digeser sedikit sehingga terdapat lubang hexagonal pada pelat badan profil, setelah itu disambung bagian atas dan bagian bawahnya dengan las. Akibat pemotongan tersebut, profil balok dengan berat per unit panjang yang sama akan menghasilkan modulus potongan dan momen inersia yang lebih besar. Sebagai akibat dari adanya lubang pada pelat badan, menimbulkan konsentrasi tegangan yang memicu kemungkinan terjadinya kegagalan dini, yaitu terjadinya buckling. Berdasarkan hal tersebut, maka dilakukan penelitian mengenai balok Castella dengan menggunakan variasi tinggi lubang untuk mengetahui seberapa besar pengaruh variasi tinggi lubang tersebut terhadap kapasitas lenturnya yaitu berupa beban yang mampu diterima, momen kritis yang terjadi serta tegangan kritisnya. Penelitian ini menggunakan prinsip balok sederhana dengan tumpuan sendi-rol. Beban diberikan sebagai beban terpusat dengan jarak 1/3 bentang dari kanan maupun kiri. Pembacaan lendutan dilakukan dengan pemasangan LVDT, sedangkan untuk pembacaan regangan digunakan strain gauge. Hasil pembacaan dari kedua alat tersebut ditransfer dengan menggunakan data logger dan ditampilkan pada layar komputer. Benda uji terdiri dari satu balok profil-I dimensi 150x7x5 mm dan tiga balok profil Castella hasil modifikasi profil-I dengan variasi tinggi lubang 120 mm untuk balok Castella I, 150 mm untuk balok Castella II, dan 165mm untuk balok Castella III. Analisis hasil penelitian secara teoritis dibandingkan dengan metode elemen hingga dengan bantuan program SAP2000 untuk mengetahui tegangan kritis yang terjadi pada balok Castella. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi peningkatan nilai kekakuan balok akibat penambahan tinggi. Peningkatan yang terjadi sebesar 1,41 kali pada balok Castella I, dan 1,61 kali untuk balok Castella III. Sedangkan balok Castella II tidak mengalami peningkatan karena kegagalan pada proses pembuatan benda uji. Sementara itu, tidak ditemukan peningkatan kapasitas momen lentur pada balok Castella. Rasio momen kritis yang terjadi adalah balok Castella I sebesar 0,83 , balok Castella II sebesar 0,54, dan balok Castella III sebesar 0,81. Tegangan kritis balok Castella juga tidak mengalami peningkatan. Hal ini dapat diketahui dari rasio tegangan kritisnya yaitu 0,56 untuk balok Castella I, 0,34 untuk balok Castella II dan 0,53 untuk balok Castella III. Tidak adanya peningkatan kapasitas lentur disebabkan balok Castella mengalami kegagalan dini berupa tekuk puntir akibat panjangnya bentangan balok, sehingga balok mengalami kerusakan sebelum mencapai beban maksimum rencana dan sebelum mencapai tegangan leleh. Hasil analisis SAP2000 menunjukkan adanya konsentrasi tegangan pada pelat badan balok Castella terutama pada bagian yang berdekatan dengan lubang. Kapasitas lentur balok Castella dapat ditingkatkan dengan memasang pengaku lateral untuk mencegah terjadinya tekuk puntir. Kata kunci: Balok Castella, Profil-I, Tekuk Puntir, Tegangan Kritis.
v
ABSTRACT
Castellated beam is an open-web expanded beam formed by cutting in zig-zag pattern along the center of web section of I beam profile, then put back together between top and bottom part by shifting slightly, so that the beam has a hexagonal hole in the web section, and then connected it by welding. As a result, the beam profile with the same weight per unit lenght would produce larger modulus section and moment inertia. The hole on the web section, made the beam has stress concentration that might caused to premature failure, that was the occurrence of buckling. Accordingly, research about Castellated beams done using height variation of the hole to determine the effect of these variation with flexural capacity that were maximum load, critical moments, and critical stress. This research used the principle of a simple beam with pin-roller support. Load was given as concentrated load by third-point loading method. The deflection values determined by LVDT reading, while the strain used the result of strain gauge reading. The reading of these two devices was transferred by data logger and displayed on a computer screen. Samples of this test consist of one I-beam profile with dimensions of 150x7x5mm and three Castellated beams from Ibeam modification with height variation of beam hole there were 120mm for Castella I, 150mm for Castella II, and 165mm for Castella III. The results of theoretical analysis from this research compared with finite element method with SAP2000 to determine the critical stress that occured in the Castellated beams. The results showed that there were an increase of beam stiffness value due to height increase. Stiffness increase of castellated beam were 1.41 times for Castella I beam, and 1.61 times for Castella III beam. As for the Castella II beam did not increase due to a failure in the process of sample making. Meanwhile, there were no increases in flexural capacity of the castellated beam. The ratio of the critical moment was 0.83 for Castella I beam, 0.54 for Castella II beam, and 0.81 for Castella III beam. Critical stress of Castellated beams also was not increased. It can be seen from the critical stress ratio was 0.56 for Castella I beam, 0.34 for castella II beam and 0.53 for Castella III beam . No increase in flexural capacity of the beam because of premature failure that was a torsional buckling due to long stretch of the beam, so the beams were damaged before reaching the maximum load and before reaching the yield stress. SAP2000 analysis results showed a stress concentration at the web part of Castellated beams, especially on the beam’s web that close to the hole. Flexural capacity of Castellted beam can be increased by puting lateral support to prevent the occurance of torsional buckling. Keywords: Castellated Beams, I-beam Profile, Torsional Buckling, Critical Stress.
vi
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum wr.wb Alhamdulillahirabbil’alamiin, segala puji bagi Allah, pemilik semesta alam, atas limpahan nikmat dan rahmat-Nya, terutama selama penyusunan Tugas Akhir yang berjudul “Perbandingan Kapasitas Lentur Balok Castella Dengan Variasi Tinggi Lubang Terhadap Balok Profil-I” ini dapat diselesaikan. Shalawat teriring salam selalu terucapkan kepada junjungan kita Muhammad SAW juga untuk keluarganya, para sahabat, hingga para pengikutnya. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk mencapai gelar kesarjanaan jenjang Strata Satu (S1) pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Islam Indonesia Yogyakarta. Masih terdapat banyak keterbatasan dan kekurangan dalam penelitian dan penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis berharap adanya pengembangan penelitian yang lebih baik dengan rekomendasi penelitian yang dikemukakan pada bagian akhir dari tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari sumbangan pemikiran serta bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini dengan segala hormat dan kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terimakasih sebesar-besarnya kepada: 1. Ir. Harsoyo, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing, terimakasih atas bimbingan, nasihat, dan dukungan yang diberikan kepada penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini, 2. Prof. Ir. H Mochammad Teguh, MSCE, Ph.D selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, 3. Ir. H. Suharyatma, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Islam Indonesia serta Dosen Penguji Tugas Akhir, 4. Ayahanda dan Ibunda tercinta, beribu ucapan terimakasih tak cukup rasanya untuk mengungkapkan rasa terimakasih atas seluruh doa, nasihat, kasih sayang serta dukungan yang tak terhingga sehingga penulis tetap semangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini
vii
5. Adikku, terimakasih atas dukungan dan doa yang diberikan. 6. Yunalia Muntafi, ST., MT selaku Kepala Laboratorium Struktur dan Mekanika Rekayasa,
7. Ir. Helmy Akbar Bale, MT selaku Kepala Laboratorium Bahan Konstruksi Teknologi, 8. Pak Aris, Pak Daru, dan Pak Warno selaku Laboran, terimakasih atas bantuannya selama pengujian berlangsung, 9. Ratri, partner dalam pengujian ini, terimakasih banyak atas semuanya, akhirnya kita bisa menyelesaikan ini, 10. Intan, Risty, Vita, terimakasih atas dorongan dan semangat yang telah diberikan. 11. Mas Irfan, Achink, Kentiew, Aji, Hendra, terimakasih atas bantuannya selama pengujian, 12. Teman-teman HARNYINK (Yayang, gilang, awik, simbil, ceper, epic), 13. Teman-teman kontrakan bebek (mbak lela, mb sita, aira, desi, ratti), 14. Teman-teman MRK V MTS UII, 15. Seluruh dosen dan pengajar FTSP-UII, 16. Pihak- pihak yang telah bayak membantu dan tidak dapat disebutkan satupersatu. Penulis berharap semoga penelitian yang dituangkan dalam bentuk Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi yang berarti bagi dunia Teknik Sipil dan dapat bermanfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan selanjutnya. Wassalamu’alaikum wr. wb Yogyakarta, Oktober 2013 Penulis,
Nadya Nor Azila
viii
