## ANALISIS PENGARUH PANJANG ELEMEN TERHADAP KUAT TEKAN DARI BAJA RINGAN PROFIL KANAL DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
Denny Stevens 1 dan Leo S. Tedianto 2
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl.Letjen S. Parman No.1 Jakarta Email: dennysteven96@gmail.com
2 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl.Letjen S. Parman No.1 Jakarta Email: leotedi@gmail.com

## ABSTRAK
Cold-formed  Steel atau  sering  disebut  baja  ringan  adalah  material  yang  akhir-akhir  ini  sering digunakan karena harganya lebih ekonomis dibanding dengan baja konvensional. Profil ini memiliki titik  leleh  yang  lebih  tinggi  dibanding  baja  konvensional  dengan  tebal  yang  lebih  tipis.  Karena tebalnya yang sangat tipis, profil-profil baja ringan sangat rawan terjadi tekuk lokal. Oleh karena itu profil baja ringan kebanyakan didesign memiliki pengaku pada web dan flensnya untuk memperkecil kemungkinan terjadinya tekuk lokal. Tekuk lokal sendiri dipengaruhi oleh panjang elemen. Semakin pendek  elemen,  kecenderungan  terjadinya  tekuk  lokal  akan  semakin  besar.  Analisis  ini  bertujuan untuk mencari pengaruh panjang elemen terhadap kuat tekan kritisnya dan melihat tekuk yang terjadi dengan cara teoritis dan metode elemen hingga. Profil yang digunakan adalah 75mm x 35mm x 5mm x  0,65mm  dengan  pengaku  pada  badan  dan  flensnya.  Perhitungan  metode  elemen  hingga  dilakukan dengan  program  Abaqus.  Pemodelan  panjang  yang  digunakan  adalah  500,  1000,  1500,  2000,  2500 dengan  perletakan  tetap  sendi-sendi,  arah  beban  sejajar  dengan  batang  (aksial).  Hasilnya  adalah semakin  panjang  elemen  kuat  tekan  batang  akan  semakin  kecil  dan  deformasi  yang  dihasilkan  akan semakin besar. Tekuk yang terjadi adalah tekuk lokal pada bagian flens yang menunjukan kurangnya pengaku pada bagian flens.
Kata kunci: Cold-formed steel, tekuk lokal, tegangan, defleksi, metode elemen hingga.

## 1. PENDAHULUAN

## Latar Belakang
Dalam teknik sipil, akhir-akhir ini sedang ramai dibicarakan penggunaan baja ringan sebagai pengganti bahan baja Hot-rolled  dan  kayu.  Selain  murah,  pemasangannya  juga  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  kayu,  sehingga pemakaian baja ringan semakin banyak dicari oleh konsumen. Penggunaan baja ringan sebagai rangka atap memiliki banyak kelebihan jika dibandingkan dengan kayu atau baja Hot-rolled, seperti sifat seragam, tahan terhadap rayap, pemasangan  lebih  cepat,  dan  masih  banyak  lagi.  Di  pasaran  biasanya  terdapat  3  bentuk  profil  baja  ringan  yang sering ditemui, yaitu profil C, profil Z, dan profil Omega. Masing – masing profil memiliki kegunaannya tersendiri. Profil C dan Profil Z biasa digunakan untuk struktur rangka utama kuda-kuda pada rangka atap. Untuk konstruksi pendukung seperti reng sebagai tempat kedudukan penutup atap/genteng digunakanlah profil Omega.
Dari  penelitian-penelitian  sebelumnya,  didapat  beberapa  kelemahan  baja  ringan,  diantaranya  keruntuhan  pada elemen  strukturnya.  Baja  ringan  memiliki  beberapa  fenomena  keruntuhan,  diantaranya  adalah  terjadi  kerutan  atau tekuk  yang  diamati  pada  batang  tekan  berlangsung  secara  tiba-tiba  dan  sangat  berbahaya  (Ugural,  1981),  distorsi dari penampang yang ditandai oleh gerakan di garis lipatan (Davies dan Jiang, 1998), Tekuk lokal ditandai dengan panjang  gelombang  yang  relatif  pendek  pada  elemen  pelat  itu  sendiri  (Davies,  2000).  Seraca  umum  disimpulkan bahwa  baja  ringan  dapat  digunakan  sebagai  elemen  struktur  tetapi  cenderung  ramping  dan  rentan  terhadap kegagalan  stabilitas  termasuk:  lentur  keseluruhan  kolom,  torsi  dan  lentur-torsi  pola  tekuk,  tekuk  lokal,  dan  tekuk distotif (Young dan Jintang, 2002).
Dari  segi  perhitungan, perhitungan  baja  ringan  sangat rumit  dan  memakan  waktu, karena harus  memperhitungkan luas  efektif,  beberapa  hal  seperti  tekuk  distorsi  dan  tekuk  lokal  juga  harus  dipertimbangkan.  Perhitungan  untuk tegangan  saat  kritis  harus  di trial  and  error sampai  mendapat  nilai  tegangan  yang  benar-benar  kritis.  Untuk  itu diperlukan  metode  lain  yang  dapat  mempersingkat  waktu  untuk  mendapatkan  nilai  kuat  tekan  dari  baja  ringan. Berdasarkan latar belakang diatas, maka penelitian ini dibuat.

## Identifikasi Permasalahan
Penelitian  akan  mencari  tentang  pengaruh  panjang  elemen  terhadap  kuat  tekan  (Pcr)  dari  baja  ringan,  pertama dihitung dengan menggunakan cara teoritis, kemudian dibandingkan hasilnya dengan cara metode elemen hingga.

## Batasan Masalah
Agar penelitian ini terfokus pada 1 masalah yang spesifik, batasan-batasan masalahnya adalah :
1. Analisis  numerik,  FEM  menggunakan  program  Abaqus  dengan  tipe  elemen  shell,  homogen  dan  tidak memperhitungkan tegangan sisa.
2. Profil yang digunakan untuk penelitian adalah C-Chanel (75mm x 35mm x 5mm x 0,65mm).
Gambar 1. Penampang C-Chanel (Sumber: SNI 7971:2013)
3. Perletakan yang digunakan adalah sendi-sendi.
4. Panjang benda uji adalah 0,5m ; 1m ; 1,5m ; 2m ; 2,5m.

## 2. KAJIAN PUSTAKA

## Luas Efektif Lip
Langkah pertama dalam desain menggunakan metode Luas Efektif adalah mencari luas efektif dari masing-masing bagian penampang. Yang pertama dicari adalah Luas Efektif Lip dengan persamaan-persamaan berikut ini
Dengan f1 dan f2 adalah tegangan yang terjadi di lip, k = kekakuan, Fcr = tegangan kritis, E = modulus young, v= poisson’s ratio, t = tebal, b = panjang lip, f= tegangan yang terjadi di penampang, ρ = faktor reduksi efektif.

## Luas Efektif Flens
Untuk mencari luas efektif flens digunakan rumus-rumus dan tabel berikut ini
Tabel 1. Nilai koefisien tekuk pelat (Sumber: SNI 7971:2013)
Dengan S= variabel untuk mencari Ia,Is, dan k, Ia= Inersia yang memadai, Is= inersia pengaku, n= koefisien untuk mencari kekakuan, k= kekakuan, be= lebar efektif flens.
Gambar 2. Letak-letak bagian flens (Sumber: SNI 7971:2013)

## Luas Efektif Web
Untuk mencari luas efektif web digunakan rumus-rumus dan tabel berikut ini
Dengan  R=  faktor  modifikasi  untuk  koefisien  tekuk  distorsi  pelat,  β,  γ,  δ=  koefisien  yang  digunakan  untuk menhitung kd, kd= koefisien tekuk torsi pelat untuk tekuk distorsi, kloc= koefisien tekuk lokal elemen pelat untuk tekuk subelemen lokal, be= panjang efektif web.

## Luas Efektif

## Untuk mendapatkan luas efektif total, perhitungannya adalah

## Kuat Tekan
Setelah mendapat Luas Efektif dari penampang, dicari nilai Fn untuk menghitung Nc, namun untuk baja G550 dengan ketebalan di bawah 0,9 mm perlu dilakukan pengecekan dulu terhadap radius girasinya dengan cara jika Le<1,1 Lo maka r perlu dikalikan dengan faktor reduksi γ.

## 3. METODE ELEMEN HINGGA
Metode  Elemen  Hingga  (MEH)  adalah  metode  numeris  untuk  penyelesaian  masalah  teknik  dan  fisika  matematis. Masalah yang dapat diselesaikan bermacam-macam, seperti analisa struktur, heat transfer, aliran fluida, perpindahan massa,  elektromagnetik,  dsb.  Dalam  perhitungan  tegangan  dan  regangan,  untuk  mendapat  perhitungan  yang  lebih akurat,  perlu  diperhatikan  faktor-faktor  lain  yang  berpengaruh  dalam  perhitungan,  seperti  geometri  pembebanan, dan  sifat  material.  Namun  dengan  dimasukannya  faktor-faktor  tersebut  akan  sangat  sulit  dan  lama  untuk menyelesaikan  perhitungan  secara  matematis.  Cara  kerja  Metode  Elemen  Hingga  adalah  dengan  memecah (mendiskritisasi) model dari objek dengan membagi objek kedalam elemen-elemen yang lebih kecil (finite element atau  elemen  hingga)  yang  terhubung  oleh  titik-titik  (nodes)  yang  digunakan  oleh  elemen-elemen  tersebut  dan sebagai  batas  dari  elemen  hingga.  Karena  terjadi  diskritisasi  maka  perhitungan  metode  elemen  hingga  menjadi sangat  banyak  jika  dikerjakan  secara  manual,  maka  diperlukan  bantuan  program  untuk  pengerjaannya.  Beberapa
program  untuk  pengerjaan  metode  elemen  hingga  adalah  GT  STRUDL,  CATIA,  StruCAD,  SAP2000,  ABAQUS, FLUENT,  ALGOR,  IDEAS,  CFX,  ANSYS,  ADINA,  FEMAP,  MSC  NASTRAN,  MSC  PATRAN,  ROBOT (AUTODESK),  MSC  DYTRAN,  MSC  MARC,  SACS,  MICRO  SAS.  Berikut  adalah  cara  pengerjaan  pemodelan Abaqus.
Pertama dimasukan model penampang dan jenis elemen shell serta panjang dari penampang.
Gambar 3. Model penampang.
Kemudian masukan data properti penampang
Gambar 4. Properti penampang.
Step yang digunakan adalah Static Riks
Interaction diisi dengan Refrence Point dan MPC tipe ties
Gambar 6. Refrence Point dan MPC
Setelah itu dimasukan beban dan perletakan.
Gambar 7. Beban dan perletakan
Langkah terkahir adalah diskritisasi dari penampang
Gambar 8. Diskritisasi

## 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## Hasil analisis Abaqus
Berikut adalah tegangan dan defleksi dari setiap panjang elemen berurutan dari 0,5m sampai 2,5m:
Gambar 3. Tegangan, deformasi, mode tekuk model pertama sampai ke lima.
Tabel 2. Perbandingan hasil hitungan teoritis dan Metode Elemen Hingga
Panjang (mm) Teoritis (KN) MEH (KN) Perbedaan (%) 500 42.162 27.53 34.704 1000 36.512 25.3584 30.548 1500 30.348 22.3 26.519 2000 22.893 15.25 27.009 2500 16.685 11.5 31.076
Gambar 4. Grafik perbedaan hasil teoritis dan Metode Elemen Hingga.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Dari hasil analisis Metode Elemen Hingga dan teoritis maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Beban  tekan  kritis  (Pcr)  yang  dihasilkan  antara  model  pertama  (0,5m),  model  kedua  (1m),  model  ketiga (1,5m),  model  keempat  (2m),  dan  model  kelima  (2,5m)  secara  berurutan  adalah  42,162  KN;  36,512  KN; 30,348 KN; 22,893 KN; 16,685 KN menunjukan bertambahnya panjang elemen akan menurunkan kuat tekan penampang  tersebut.  Hal ini juga didukung dari hasil analisis Metode Elemen  Hingga secara berurutan  yaitu 27,52KN; 25,36 KN; 22,3 KN; 15,25 KN; 11,5 KN.
2. Deformasi maximum yang dihasilkan antara model pertama hingga kelima secara berurutan adalah 5,7mm; 5,9 mm; 12,32 mm; 49mm; 50mm menunjukan semakin panjang elemen, deformasi yang dihasilkan juga semakin besar.
3. Berdasarkan  kegagalan  pada  model  pertama  hingga  keempat,  tekuk  yang  terjadi  pada  semua  model  adalah tekuk lokal (bagian flens) menunjukan kalau profil ini memerlukan pengaku yang lebih kuat pada bagian flens.
4. Perbedaan nilai Pcr yang cukup jauh terjadi pada model pertama yaitu sebesar 35% menunjukan model Abaqus kurang cocok digunakan untuk perhitungan kolom pendek.

## DAFTAR PUSTAKA
Dewobroto, W. (2015). Struktur Baja “Perilaku, Analisis, dan Desain – AISC 2010.” Tangerang, Banten: Jurusan Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan, LUMINA Press.ATC-40. (1996).
Getting  Started  With  Abaqus.  Tersedia  di  www.engineering.ucsb.edu/~tshugar/GET_STARTED.pdf    (13  Juni 2018).
Latumeten, Regyna A.D. Perencanaan Struktur Rangka Atap Baja Canai Dingin. Tersedia di www.media.neliti.com/ media/publications/79127-ID-perencana an-struktur-rangka-atap-baja-ca.pdf (4 Maret 2018).
Metode Elemen Hingga. Tersedia di www.personal.its.ac.id/files/material/2983-handayanu-oe- 01.METODE%20ELEM EN %20HINGGA%20pengantar1. pdf (17 May 2018).Badan Standarisasi Nasional. (2013).
Setiyawan,  Unggul.  Struktur  Tekan.  Tersedia  di  www.academia.edu/7942885/4-STRUKTUR  TEKAN  (20  Juni 2018).
Studi  Baja  Ringan  dan  Baja  Konvensional.  Tersedia  di  www.elib.unikom.ac.id/  files/disk1/654/jbptunikompp-gdl- madeenager-32656-11-unikom_m-i.pdf (5 Maret 2018).
Standar Nasional Indonesia 7971 (2013). “Struktur Baja Canai Dingin.” Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
Sucipta,  Andry.  Analisa  Pola  Keruntuhan  Konstruksi  Rangka  Atap  Dengan  Menggunakan  Profil  Baja  ringan. Tersedia di www.download.portalgaruda .org/artile.php?article= 147096&val=5847 (5 Maret 2018).
Sulistyorini,  Dwi  Kusuma.  Baja  ringan  sebagai  alternatif  bahan  bangunan.  Tersedia  di  www.dwikusumadpu. wordpress.com/2013/04/20/baja-ringan-sebagai-alternatif-bahan-bangunan/ (5 Maret 2018).
www.abaqus.software.polimi.it/v6.14/books/usb/default.htm?startat=pt06ch29s06ael17.html (27 Mei 2018). Yu, W. (2000). “Cold-Formed Steel Design.” Edisi 3, Canada.