RENCANA TESIS

1. JUDUL

Kajian Eksperimental Perilaku Struktur Balok Kastela Lubang Cellular dengan

Perkuatan pada Lubang & Stem

2. LATAR BELAKANG

Manfaat penggunaan balok kastela (Tadeh Zirakian dan H. Showkati, 2006):

Pembesaran tinggi balok menghasilkan peningkatan momen inersia, modulus

penampang, kekakuan, dan tahanan lentur penampang;

Pengurangan berat profil yang mana akan mengurangi berat struktur secara

keseluruhan sehingga dapat mengurangi biaya pelaksanaan konstruksi;

Optimasi pemanfaatan profil eksisting;

Tidak membutuhkan balok plat; dan

Lubang pada badan balok dapat dimanfaatkan untuk instalasi mekanikal

elektrikal gedung.

Balok kastela dengan lubang cellular masih belum banyak diteliti, kebanyakan

penelitian masih pada balok kastela dengan lubang heksagonal yang mana

mempunyai kelemahan yaitu adanya konsentrasi tegangan pada sudut lubang

sehingga bisa menimbulkan retak pada daerah tersebut. Balok kastela dengan

lubang cellular diharapkan mampu mengatasi hal tersebut karena memiliki sisi

yang tidak bersudut, sehingga distribusi tegangan pada sisi lubang akan merata.

Penelitian eksperimental dan kajian teoritis tentang balok kastela lubang

heksagonal sudah banyak dilakukan oleh para peneliti terdahulu.

Beberapa penelitian tentang balok kastela dengan lubang heksagonal adalah

sebagai berikut:

D. Kerdal dan D.A. Nethercot (1984) meneliti tentang jenis-jenis kegagalan

pada balok kastela lubang heksagonal. Ada 6 jenis kegagalan pada balok

kastela lubang heksagonal yaitu formation of a vierendeel mechanism,

lateral-torsional buckling of one or several web post, rupture of a welded

joint in a web post, lateral-torsional buckling of an entire span, formation of

a flexure mechanism, dan the web post may buckle.

1

Walid Zaaror dan Richard Redwood (1996) meneliti tentang perilaku tekuk

balok kastela lubang heksagonal dengan pelat tambah (adding plates) dengan

menggunakan metode eksperimen dan FEA dengan bantuan program

NASTRAN.

Richard Redwood dan Sevak Demirdjian (1998) meneliti tentang perilaku

tekuk geser pada web balok kastela lubang heksagonal dengan menggunakan

metode eksperimen dan FEA dengan bantuan program NASTRAN.

Henry Apriyatno (2000) meneliti tentang pengaruh rasio tinggi dan tebal

badan balok kastela lubang heksagonal pada kapasitas lentur dengan

menggunakan program SAP 90, metode Blodgett dan metode eksperimen.

Amin Mohebkhah (2004) meneliti tentang faktor gradien momen pada

perilaku tekuk lateral-torsional balok kastela lubang heksagonal dalam

kondisi inelastis dengan menggunakan metode FEA dengan bantuan program

ANSYS dan hasilnya dibandingkan dengan peraturan yang ada.

Suharjanto (2004) meneliti tentang kapasitas dan perilaku balok kastela

bukaan heksagonal dengan menggunakan program SAP 2000.

Tadeh Zirakian dan H. Showkati (2006) meneliti tentang perilaku distorsi

tekuk pada bentang balok kastela lubang heksagonal dengan menggunakan

metode eksperimen dan dibandingkan dengan prediksi secara teoritis.

Benediktas Dervinis dan Kvedaras (2008) meneliti tentang rasio ketinggian

ideal untuk balok kastela lubang heksagonal dengan menggunakan program

COSMOSM.

Ehab Elobody (2011) meneliti tentang perilaku kegagalan yang terjadi pada

balok kastela lubang heksagonal dengan menggunakan metode eksperimen

dan FEA dengan bantuan program ABAQUS.

M. R. Wakchaure et al (2012) meneliti tentang perilaku balok kastela lubang

heksagonal dengan menggunakan program ANSYS.

M. R. Wakchaure dan A. V. Sagade (2012) meneliti tentang perilaku balok

kastela lubang heksagonal dengan variasi ketinggian lubang menggunakan

metode eksperimen.

2

B. Anupriya dan K. Jagadeesan (2013) meneliti tentang pengaruh penggunaan

pengaku vertikal dan diagonal pada lubang heksagonal balok kastela dengan

menggunakan bantuan program ANSYS.

Mohsen Gerami et al (2013) meneliti tentang pengaruh panjang balok dan

panjang pengaku pada balok kastela lubang heksagonal terhadap perilaku

momen dan rotasi dengan menggunakan program ANSYS.

A. M. Janabar dan P. D. Kumbhar (2014) meneliti tentang perilaku balok

kastela lubang heksagonal dengan menggunakan program ABAQUS.

Bagus Priyambodo et al (2014) meneliti tentang model keruntuhan balok

kastela lubang heksagonal dengan variasi pada bukaan badan dengan

menggunakan program FEA.

R. R. Jichkar et al (2014) meneliti tentang perilaku balok kastela lubang

heksagonal, kotak dan circular dengan variasi jumlah bukaan badan terhadap

beban tekuk dengan menggunakan program ANSYS.

Murniyati dan Suprapto (2015) meneliti tentang optimalisasi balok kastela

lubang heksagonal dengan pergeseran lubang ke bawah yang dibebani pada

bagian yang utuh dengan menggunakan metode eksperimental.

Penelitian eksperimental dan kajian teoritis tentang balok kastela lubang cellular

sudah dilakukan oleh para peneliti terdahulu, namun tidak sebanyak balok

kastela lubang heksagonal.

Beberapa penelitian tentang balok kastela dengan lubang cellular adalah sebagai

berikut:

K. F. Chung et al (2001) meneliti tentang perilaku mekanisme vierendel balok

kastela lubang cellular dengan menggunakan metode analisis teoritis dan

FEA. Kemudian dari analisis teoritis dan FEA menghasilkan sebuah metode

pendekatan desain yang lebih sederhana.

Suharjanto (2009) meneliti tentang optimasi bentuk dan ukuran lubang pada

balok kastela lubang cellular di daerah elastis dengan menggunakan metode

eksperimen, analisis dengan program MATLAB, dan metode algoritma

genetika.

3

Amr M. I. Sweedan (2011) meneliti tentang stabilitas lateral elastis balok

kastela lubang cellular dengan menggunakan metode FEA dengan bantuan

program ANSYS dan hasilnya dibandingkan dengan perhitungan analisis.

Miss Kormal S. et al (2011) meneliti tentang analisis geser dan momen balok

kastela dengan variasi bentuk bukaan lubang (cellular, heksagonal dan

persegi panjang) dengan menggunakan perhitungan teoritis dan FEA dengan

bantuan program ANSYS.

Suharjanto (2011) meneliti tentang kajian kuat geser horisontal pada balok

kastela lubang cellular tanpa tambahan pelat dan dengan tambahan pelat pada

badan balok dengan menggunakan metode eksperimen.

Ehab Ellobody (2012) meneliti tentang perilaku kegagalan balok kastela

lubang cellular pada kondisi nonlinier dengan menggunakan metode FEA

dengan bantuan program ABAQUS dan hasilnya dibandingkan dengan

peraturan yang ada.

J. Nseir et al (2012) meneliti tentang perilaku tekuk torsi lateral pada balok

kastela lubang cellular dengan menggunakan metode eksperimen.

J. R. Yost (2012) meneliti tentang perilaku tegangan pada balok kastela

lubang cellular dengan menggunakan metode eksperimental dan analisis.

Pattamad Panedpojaman (2012) meneliti tentang analisis tekuk web post pada

balok kastela lubang cellular dengan menggunakan metode elemen hingga

dan strut analogy.

Ferhat Erdal dan Mehmet Pola Saka (2013) meneliti tentang perilaku struktur

desain optimal balok kastela lubang cellular terhadap kapasitas beban ultimit

dengan menggunakan metode eksperimen dan FEA dengan bantuan program

ANSYS.

Belum banyaknya penelitian tentang balok kastela lubang cellular mendorong

penulis ingin meneliti tentang balok kastela cellular dengan judul “kajian

eksperimental perilaku struktur balok kastela lubang cellular dengan perkuatan

pada lubang & stem”.

4

3. IDENTIFIKASI MASALAH

Kelemahan balok kastela pada daerah tekan balok, lubang pada badan balok dan

sambungan las pada daerah web-post.

Jarak lubang cellular lebih fleksibel daripada lubang heksagonal.

Jumlah lubang & jarak antar lubang pada balok kastela mempengaruhi perilaku

dari balok kastela tersebut. Perilaku yang dapat terjadi adalah sebagai berikut:

Semakin banyak jumlah lubang maka akan memperbesar lendutan balok dan

memperkecil kapasitas tekuk balok kastela (R. R. Jichkar et al, 2014).

Semakin lebar jarak antar lubang maka akan mengakibatkan kegagalan

vierendel pada balok kastela, sedangkan jika semakin sempit jarak antar

lubang maka akan mengakibatkan kegagalan geser horisontal pada balok

kastela (Bagus Priyambodo et al, 2014).

Kegagalan vierendel pada balok kastela terjadi akibat kombinasi dari panjang

bentang yang pendek, web post yang lebar, dan tinggi tee-section (stem) yang

kecil (D. Kerdal dan D.A. Nethercot, 1984).

Jarak antar lubang dibuat cukup lebar agar jumlah lubang pada bentang balok

kastela dapat dikurangi sehingga dapat mempercepat proses pemotongan.

4. RUMUSAN MASALAH

Pada penelitian ini, penulis ingin membuat balok kastela lubang cellular dengan

jarak antar lubang yang cukup lebar sehingga balok kastela akan mengalami

kegagalan vierendel pada bagian stem. Untuk mengatasi hal tersebut, pada

bagian stem akan diberi perkuatan berupa pelat baja tambahan / stiffener,

kemudian pada bagian sisi lubang diberi perkuatan dengan menggunakan

potongan pipa baja.

Penentuan jarak antar lubang balok kastela menggunakan metode FEA dengan

bantuan program SAP 2000.

Pemberian perkuatan pada bagian stem dan lubang cellular diharapkan dapat

mengurangi resiko terjadinya kegagalan vierendel pada bagian stem dan

mengurangi resiko kegagalan pada balok kastela secara keseluruhan.

Berdasarkan pada hal tersebut, penulis ingin meneliti tentang bagaimana

perilaku struktur balok kastela lubang cellular tanpa perkuatan pada bagian

5

lubang dan stem; balok kastela lubang cellular dengan perkuatan plat baja

tambahan / stiffener pada bagian stem; serta balok kastela lubang cellular dengan

perkuatan plat baja tambahan / stiffener pada bagian stem dan perkuatan dengan

potongan pipa baja pada sisi lubang.

5. TUJUAN PENELITIAN

Untuk mengetahui perilaku struktur balok kastela lubang cellular tanpa

perkuatan pada bagian lubang dan stem; balok kastela lubang cellular dengan

perkuatan plat baja tambahan / stiffener pada bagian stem; serta balok kastela

lubang cellular dengan perkuatan plat baja tambahan / stiffener pada bagian stem

dan perkuatan dengan potongan pipa baja pada sisi lubang.

Mengembangkan metode baru dalam pemberian perkuatan vertikal pada balok

kastela yaitu perkuatan vertikal / stiffener tidak berada pada badan balok kastela,

namun pada bagian stem dan sisi lubang balok kastela.

6. BATASAN MASALAH

Penelitian menggunakan metode eksperimen dan FEA dengan bantuan program

SAP 2000.

Tebal pelat pengaku dan potongan pipa baja sama atau mendekati ketebalan

badan balok kastela dengan lebar perkuatan sama dengan lebar sayap profil baja

I.

Perlemahan las pada daerah web-post diabaikan.

Sistem struktur yang dikaji adalah balok kastela di atas tumpuan sederhana.

Pembebanan menggunakan beban terpusat berjumlah 2 buah yang terletak

masing-masing di sepertiga bentang balok kastela.

Pemberian perkuatan pada lubang cellular dan stem hanya pada daerah geser

balok kastela (sepertiga bentang pada masing-masing tumpuan).

Sayap profil baja I dianggap tidak mengalami deformasi.

6

7. RENCANA BENTUK BALOK KASTELA LUBANG CELLULAR

Gambar 1. Balok Kastela Lubang Cellular tanpa Perkuatan

Gambar 2. Balok Kastela Lubang Cellular dengan

Perkuatan pada Stem (tw

Gambar 3. Balok Kastela Lubang Cellular dengan

Perkuatan pada Stem (tw) dan Sisi Lubang (do)

7

(a) (b)

Gambar 4. Potongan Penampang Lubang Balok Kastela

tanpa Perkuatan (a); dan dengan Perkuatan (b)

Gambar 5. Kegagalan Vierendel pada Balok Kastela Lubang Cellular

8. HIPOTESIS

Balok kastela dengan jarak antar lubang yang lebar maka akan menyebabkan

balok kastela mengalami kegagalan vierendel.

Perkuatan pada lubang cellular terutama pada bagian stem dengan perkuatan plat

baja tambahan / stiffener dan pada bagian sisi lubang balok dengan potongan

pipa baja dapat mencegah terjadinya kegagalan vierendel pada balok kastela.

8