## ANALISIS PERUBAHAN LEBAR EMBOSS TERHADAP KEKUATAN  GESER DI BADAN LIGHT LIP CHANNEL MENGGUNAKAN MIDAS FEA
Davin Siva 1 , Sunarjo Leman 2 , dan Arif Sandjaya 3
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta, Indonesia davinsiva@gmail.com
2 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta, Indonesia sunarjo@ft.untar.ac.id
3 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta, Indonesia arifs@ft.untar.ac.id
Masuk: 15-01-2023, revisi: 15-02-2023, diterima untuk diterbitkan: 16-02-2023

## ABSTRACT
Cold Formed Steel (CFS) is often found in the world of construction. Because it uses a thin body, the construction weight is lighter, easy to form, and so on. However, the thin thickness of mild steel makes it susceptible to buckling on the walls. Therefore, many companies want to increase their strength by innovating the shape and model of CFS. Thus, embossing is made which can increase the strength of CFS in holding loads. This research discusses the effect of embossing width on the shear strength in the CFS body using finite element method with the help of MIDAS FEA application. The profile used in this research is a canal profile with a size 75 mm x 35 mm x 5 mm x 0,95 mm with a length  of  500  mm.  The  models  that  used  are  plain  model, model  with  stiffener,  and  models  with  embossing  width variation  of  2  mm  to  10  mm  with  a  spacing  of  25  mm  between  embosses.  The  placement  used  is  joints  with  a concentrated load that is given perpendicularly. The results of the analysis are the greater the width of the emboss, the smaller the shear strength obtained.
Keywords: cold formed steel; shear strength; emboss; finite element method; MIDAS FEA

## ABSTRAK
Cold Formed Steel (CFS) sering kali ditemukan dalam dunia pembangunan konstruksi. Dikarenakan menggunakan badan tipis maka berat konstruksi lebih ringan, mudah dibentuk, dan lain-lain. Namun, ketebalan baja ringan yang tipis  mengakibatkan  rentan  terhadap  tekuk  pada  bagian  dindingnya.  Maka  dari  itu,  banyak  perusahaan  yang  ingin menambahkan kekuatannya dengan menginovasi bentuk dan model dari CFS. Sehingga, dibuatnya emboss yang dapat meningkatkan kekuatan baja ringan dalam menahan beban. Penelitian ini membahas tentang pengaruh lebar emboss terhadap  kuat  geser  di  badan  baja  ringan  dengan  menggunakan  metode  elemen  hingga  melalui  bantuan  aplikasi MIDAS FEA. Profil yang digunakan pada penilitian ini yaitu profil kanal dengan ukuran 75 mm x 35 mm x 5 mm x 0,95  mm  dengan panjang  500  mm.  Model  yang digunakan yaitu  model  polos,  model  dengan stiffener ,  dan  model dengan variasi lebar emboss sebesar 2 mm hingga 10 mm dengan jarak antar emboss sebesar 25 mm. Perletakan yang digunakan yaitu sendi-sendi dengan beban terpusat yang diberikan secara tegak lurus. Hasil analisis yang didapatkan yaitu semakin besar lebar emboss maka kekuatan geser yang didapatkan akan semakin kecil.
Kata kunci: cold formed steel ; kuat geser; emboss ; metode elemen hingga; MIDAS FEA

## 1. PENDAHULUAN
Proyek konstruksi menggunakan berbagai jenis material seperti kayu, beton, dan baja. Secara umum, baja terdiri dari 2 tipe berdasarkan cara pembuatannya yaitu Hot Rolled Steel (HRC) dan Cold-Formed Steel (CFS) (Degarmo et al., 2003).
CFS atau yang biasa disebut dengan baja canai dingin adalah baja yang memiliki rasio dimensi lebar terhadap tebal pada setiap elemen profil sangat besar. CFS dibentuk melalui proses tekuk atau ditekan di cetakan tertentu pada suhu ruang.  Bahan  yang  digunakan  sebagai  bahan  dasar  pembentukan  penampang  adalah  pelat  baja  dengan  ketebalan maksimum 25 mm (Yu & LaBoube, 2010). CFS banyak digunakan dalam struktur karena banyak keuntungan seperti fabrikasi yang lebih sederhana, memiliki bobot yang ringan, memiliki tegangan tarik yang tinggi, dan lain-lain. Namun CFS rentan terhadap tekuk lokal karena  tebal elemen yang tipis.  Tekuk lokal menyebabkan ketidakstabilan terjadi sebelum material mencapai kuat leleh (Yang & Lui, 2012).
Analisis Perubahan Lebar Emboss terhadap Kekuatan Geser di Badan Light Lip Channel Menggunakan MIDAS FEA
Salah satu bentuk penampang yang populer adalah light lipped channel atau yang biasa disebut dengan besi CNP. CNP pada umumnya digunakan untuk struktur rangka atap. Penelitian yang dilakukan oleh George Winter (1939) dari Universitas Cornell, membuat penggunaan material CNP menjadi dikenal. Kemudian pada tahun 1949, muncul hasil penelitian George Winter mengenai “ Light Gauge Steel Design Manual ” yang didukung oleh American Iron and Steel Institute (AISI).  Sejak  saat  itu,  material  baja  ringan  digunakan  dalam  konstruksi  bangunan,  mulai  dari  struktur sekunder hingga struktur utama (Andreas, 2012).
Pengembangan  desain  penampang  CFS  untuk  kesesuaian  yang  lebih  baik  terus  berlangsung.  Dengan  merancang bagian CFS secara baik dan pengaturan kekakuan yang efisien akan memiliki potensi untuk menunda atau bahkan mampu menghilangkan kegagalan ketidakstabilan (Dar et al., 2015).
Emboss atau tatah adalah teknik cetak timbul pada bagian tertentu di permukaan benda. Acuan emboss berasal dari logam hasil proses cukil yang terdiri atas dua bagian yaitu menonjol dan cekung (Maxipro, 2019). Penelitian tentang terdapatnya emboss pada baja ringan sudah dilakukan untuk menganalisa kuat tekan baja ringan yang menunjukkan bahwa  apabila  terdapat emboss pada  bagian  badan  sampel  akan  menambahkan  kuat  tekan  sampel  (Darmawan  & Leman, 2020).
Gaya geser adalah gaya dihasilkan oleh beban yang bekerja tegak lurus pada bidang struktur. Gaya geser umumnya bekerja dengan kombinasi terhadap lentur, torsi atau gaya normal (Hibbeler, 2004).
E mboss pada badan CNP diharapkan menambahkan kekuatan menahan geser. Penelitian ini menyajikan hasil analisis penambahan emboss dan pengaruh perubahan lebar emboss . Analisis menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan aplikasi MIDAS FEA.

## 2. METODE PENELITIAN
Tahapan penelitian ditujukkan Gambar 1.  Untuk analisis dibuat sebanyak 7 model, menggunakan CNP dengan ukuran 75 mm × 35 mm × 5 mm × 0,95 mm. Analisis dikelompokkan menjadi 3 tipe, yaitu tipe 1 adalah CNP polos sebanyak 1 model (Gambar 2), tipe 2 adalah CNP dengan pengaku sebanyak 1 model seperti pada Gambar 3, dan tipe dengan variasi lebar emboss sebanyak 5 model seperti pada Gambar 4. Variasi lebar emboss dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Variasi lebar emboss Nama Benda Uji Jarak Emboss (mm) Lebar Emboss (mm) Tipe 3.1 25 2 Tipe 3.2 25 4 Tipe 3.3 25 6 Tipe 3.4 25 8 Tipe 3.5 25 10

## Langkah pemodelan di MIDAS FEA
1. Geometri
Model  CNP  dibuat  secara  3  dimensi  dengan  menggunakan line sesuai  dengan  bentuk  dan  menggunakan extrude untuk  membuat  panjang  profil  sesuai  dengan  panjang  yang  diinginkan.  Pada  Tipe  2  dan  3  dibuat emboss sesuai dengan rencana menggunakan Boolean cut . 2. Material
Spesifikasi material yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2 dan untuk grafik tegangan vs regangan dapat dilihat pada Gambar 5.
Tabel 2. Data material Data Nilai Nama CFS Modulus Elastisitas 203000 MPa Poisson Ratio 0,3 Weight Density 7,6982×10 -5 Tipe Kegagalan Von Mises Tegangan Leleh 550 MPa Tegangan Putus 550 Mpa

## Gambar 1. Diagram alir
3. Mesh
Pada  bagian  ini  diskritisasi  dilakukan  dengan  membagi  struktur  menjadi  elemen  kecil  agar  dapat  dianalisis secara numerik. Hasil analisis akan semakin halus apabila mesh yang dibuat semakin kecil. Ukuran mesh yang digunakan pada penelitian ini yaitu 2 mm.
4. Pemodelan Beban dan Perletakan
Setelah itu, dibuat pemodelan beban dan perletakan. Untuk perletakan menggunakan sendi-sendi. Sedangkan untuk beban diberikan beban terpusat secara tegak lurus terhadap benda uji yang dapat dilihat pada Gambar 6. Model FEA dapat diberi kondisi batas agar tidak terjadi torsi, maka untuk mengurangi waktu analisis dibuat cukup satu CNP.
Analisis Perubahan Lebar Emboss terhadap Kekuatan Geser  di  Badan Light  Lip  Channel Menggunakan MIDAS FEA
Gambar 2. Tipe polos
Gambar 3. Tipe menggunakan pengaku
Gambar 5. Grafik tegangan vs regangan
Gambar 6. Contoh pemodelan (Chen et al., 2022)

## Model verifikasi
Untuk  meyakinkan  model  yang  dibuat  menggunakan  MIDAS  FEA  mendekati  kebenaran,  maka  dilakukan  model verifikasi.  Penelitian  CNP  polos  (Gambar  7)  dari  Rouholamin  et  al.  (2020)  menggunakan  ABAQUS  dimodelkan kembali di MIDAS FEA. Hasil kegagalan dari MIDAS FEA dapat dilihat pada Gambar 8, dan memberikan hasil yang mendekati ABAQUS. Nilai kapasitas geser dari ABAQUS yaitu sebesar 72,51 kN sedangkan MIDAS FEA sebesar 72,1104 kN. Selisih antara ABAQUS dengan MIDAS FEA sebesar 0,55%.
0 100 200 300 400 500 600 700 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Te gan gan Regangan
Analisis Perubahan Lebar Emboss terhadap Kekuatan Geser  di  Badan Light  Lip  Channel Menggunakan MIDAS FEA
Gambar 7. Penampang polos (Rouholamin et al., 2020)
Gambar 8. Kapasitas geser menggunakan aplikasi MIDAS FEA

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil kapasitas geser yang didapatkan menggunakan aplikasi MIDAS FEA dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Perbandingan kuat geser baja ringan dengan variasi lebar emboss No. Model Lebar Emboss (mm) Jarak Emboss (mm) Kuat Geser MIDAS FEA (kN) Kenaikan Kuat Geser terhadap Model 1 (%) 1. Model 1 - - 12,0768 2. Model 2 - - 12,1860 0,9042 3. Model 3.1 2 25 12,0355 -0,3420 4. Model 3.2 4 25 11,7803 -2,4551 5. Model 3.3 6 25 11,7199 -2,9553 6. Model 3.4 8 25 11,6835 -3,2567 7. Model 3.5 10 25 11,6591 -3,4587
Contoh kegagalan model dengan lebar emboss 2 mm dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Tegangan pada model dengan lebar emboss 2 mm
Grafik perbandingan kuat geser yang didapatkan dari semua model dapat dilihat pada Gambar 10.

## Gambar 10. Grafik perbandingan kuat geser CNP
Pengaku atau stiffener dapat meningkatkan nilai kuat geser pada suatu model maka berdasarkan hasil yang didapatkan menggunakan aplikasi MIDAS FEA pada penelitian ini, nilai kuat geser pada model dengan menggunakan stiffener meningkat sebesar 0,9% dari model polos. Grafik diatas menunjukkan bahwa semakin besar lebar pada emboss maka kuat geser yang didapatkan akan semakin kecil.

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
1. Pengaku atau stiffener meningkatkan kekuatan geser. Pada penelitian ini peningkatan dari model polos sebesar 0,9042%.
2. E mboss pada badan CNP tidak menambahkan kekuatan menahan geser, tetapi mengurangi.
3. Semakin besar lebar emboss maka semakin kecil kapasitas geser yang didapatkan.
12,0768 12,186 12,0355 11,7803 11,7199 11,6835 11,6591 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12 12.1 12.2 12.3 Model 1 Model 2
Model 3.1
Model 3.2 Model 3.3 Model 3.4 Model 3.5
Gay a (k N)

## Nilai Kuat Geser
Kuat Geser Polos
Kuat Geser Stiffener
Kuat Geser Emboss
Analisis Perubahan Lebar Emboss terhadap Kekuatan Geser  di  Badan Light  Lip  Channel Menggunakan MIDAS FEA
4. Penurunan  kapasitas  geser  pada  lebar emboss dari  2  mm  ke  4  mm  cukup  besar  yaitu  sebesar  2,1204% dibandingkan dari lebar emboss 4 mm ke 6, 8, dan 10 mm penurunan kapasitas geser lebih kecil yaitu rata-rata sebesar 1,03%.
Saran
1. Hasil kapasitas geser dengan menambahkan emboss mengalami penurunan atau tidak sesuai dengan harapan awal, maka sebaiknya melakukan uji laboratorium.

## DAFTAR PUSTAKA
Andreas,  Ashadi,  H.  W.,  Orientilize,  M.,  Purnomo,  H.,  &  Basoenondo,  E.  A.  (2012). Studi  Eksperimental  Balok Komposit Baja Ringan dengan Balok Beton [Skripsi, Univeritas Indonesia].
https://lontar.ui.ac.id/detail?id=20316186
Chen, B., Roy, K., Fang, Z., Uzzaman, A., Pham, C. H., Raftery, G. M., & Lim, J. B. (2022). Shear Capacity of Cold- Formed Steel Channels with Edge-Stiffened Web Holes, Unstiffened Web Holes, and Plain Webs. American Society of Civil Engineers , 148 (2), 1-19. doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0003250 Dar, M. A., Yusuf, M., Dar, A. R., & Raju, J. (2015). Experimental Study  on Innovative Sections for Cold Formed Steel Beams. Steel and Composite Structures , 19 (6), 1599-1610. doi:10.12989/scs.2015.19.6.1599
Darmawan, A., & Leman, S. (2020). Embossment Effect Analysis on Compression of Mild Steel Using Finite Element Methods. IOP  Conference  Series:  Materials  Science  and  Engineering , 1007 (1), 012058.  DOI  10.1088/1757- 899X/1007/1/012058
Degarmo, E., Black, J., & Kohser, R. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (edisi kesembilan). Wiley. Hibbeler, R. (2004). Mechanics of Materials . Pearson Education. Maxipro. (2019). Mengenal Perbedaan Emboss dan Deboss . Blog Maxipro.
Rouholamin,  M.,  Gunalan,  S.,  Poologanathan,  K.,  &  Karampour,  H.  (2020).  Shear  Design  Rules  for  Roll-Formed Aluminium Lipped Channel Beams. Structures , 27 , 1139-1164. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.07.011 Yang,  Y.,  &  Lui,  E.  (2012,  March).  Behavior  and  Design  of  Steel  I-Beams  With  Inclined  Stiffeners. Steel  and Composite Structures , 12 (3), 183-205. doi:10.12989/scs.2012.12.3.183
Yu, W.-W., & LaBoube, R. A. (2010). Cold-Formed Steel Design . John Wiley & Sons, Inc.