diskusi soal baja – ASD dan LRFD


Melihat berita televisi, juga membaca berita online, pada saat-saat menjelang pemilihan presiden ini koq rasa-rasanya membikin jenuh saja. Maklum, komentar teman-teman yang dulu terlihat terpelajar, dan dapat memberikan komentar yang logis sesuai nalar yang juga aku yakini, koq sekarang jadi berbeda. Nalarku menyatakan kiri, eh koq teman itu ngotot kanan. Padahal rasa-rasa data yang menyatakan memang kiri, jelas terbaca.

Kalau kondisinya seperti itu, khan lebih baik kita hindari. Bisa-bisa ikut berbeda nantinya. Kondisi pilihan siapa presidennya, rasa-rasanya sudah mulai tampak. Nggak perlu dipikirkanlah. No.1 itu kita harus mikiran diri sendiri, sebagai seorang yang berlatar belakang insinyur maka mendalami bidang yang kita geluti adalah paling penting. Mari kita berbincang-bincang tentang struktur baja, materi yang nanti tanggal 4 Juli 2014 besok aku sampaikan di seminar nasional di UK Petra Surabaya.

Saya nggak bicara materi yang tanggal 4 itu. Maklum, materinya sudah aku kirim ke panitia awal bulan lalu. Untuk bicara dua sesi itu maka aku siapkan total sekitar 90 halaman. Asli, bukan mengcopy dari materinya Segui atau Geschwinder, tapi materinya Wiryanto. Nggak percaya, datang saja besok di UK Petra, Surabaya, buktikan.😀

Sekarang saya akan membahas pertanyaan seorang client, sebagai berikut:

Pak Wir,
Saya mau tanya tentang hasil ASD dan LRFD pak. Kebetulan pada suatu proyek dengan struktur baja yang sedang saya kerjakan, pihak owner minta chek kondisi tegangan yang terjadi. Untuk itu saya mencoba melakukan chek berdasarkan PPPBI (84), ternyata hasilnya ketika dichek dengan ASD tegangan yang terjadi melebihi nilai batas ijin.

Berdasarkan hal itu, saya berkesimpulan bahwa hasil desain ASD butuh profil yang lebih besar (boros) dibandingkan dengan LRFD, dan hal ini dimungkinkan karena LRFD memungkinkan agar struktur dapat mengalami kondisi plastis. Apa alasan saya ini benar pak Wir?

Apakah untuk mengechek tegangan (real) yang terjadi pada tiang baja terhadap tekan, apakah cukup dengan faktor tekuk dikali gaya tekan bagi penampang bruto yang ada pada PPPBI itu ?

Terima kasih atas perhatian Pak Wir,

Salam Hormat,

Nah, saya kira ada juga di antara pembaca yang mengalami kasus sama. Mari kita bahas itu. Tanggapan yang aku berikan adalah sebagai berikut :

Tentang ASD dan LRFD maka sebelum dilakukan perbandingan, tentunya perlu dipahami antara ke duanya.

Istilah ASD pada umumnya mengacu pada Specification for Structural Steel Building – Allowable Stress Design and Plastic Design (AISC 1989), yaitu suatu perencanaan yang menggunakan beban kerja. Itulah mengapa sering disebut juga sebagai Working Stress Design. Dalam hal ini, kombinasi beban yang digunakan adalah tanpa beban terfaktor. Adapun safety factor (S.F) yang digunakan adalah tunggal, yaitu pada tegangan izin atau allowable stress, yaitu tegangan leleh dibagi dengan S.F.

Istilah LRFD pada umumnya mengacu pada Manual of Steel Construction – Load & Resistance Factor Design (AISC 1993) atau yang lebih baru, yaitu suatu perencanaan yang mengacu pada kondisi batas, atau limit state design. Kondisi batas yang ditinjau adalah kekuatan, yang disebut juga kekuatan batas (ultimate strength) dan juga kekakuan yang ditinjau untuk memenuhi syarat fungsi, yaitu menghitung lendutan yang terjadi.

Saya sebut itu kondisi batas, karena memang syarat-syarat keduanya berbeda. Kekuatan yang dievaluasi adalah kondisi ultimate, atau kuat maksimum yang dapat dipikul sebelum runtuh. Untuk mendapatkan hal itu memang tidak secara langsung, yaitu hasil analisa elastis linier dikalikan dengan beban terfaktor, yang ditentukan berdasarkan studi probabilitas akan risiko yang terjadi. Jadi faktor statistik digunakan sehingga diperoleh suatu reliability atau keandalaan yang sama untuk setiap kondisi beban. Adapun kalau ASD karena memakai faktor beban yang sama, maka kondisi beban hidup dan beban mati mempunyai S.F yang sama. Cara LRFD maka perencanaan akan memenuhi kaidah sbb :

Ru <= phi Rn.

dimana Ru adalah kondisi beban yang maksimum, yang dihitung dengan memperhitungkan berbagai kondisi kombinasi beban dengan load faktor, yang sesuai (ditentukan oleh peraturan).

Itu tadi syarat kekuatan, dan setelah memenuhi persyaratan maka perlu juga diperhitungkan deformasi yang terjadi, dalam hal ini adalah tanpa beban terfaktor. Ini persis seperti persyaratan perencanaan dengan ASD.

Itu kira-kira prinsip dasar dari perencanaan ASD dan LRFD, yang artinya hasil LRFD tidak bisa secara otomatis dievaluasi berdasarkan tegangan izin. Ya jelas, pasti tidak akan masuk karena beban yang LRFD ada beban terfaktornya. Kalau mau dievaluasi tegangannya, maka perlu dihitung secara terpisah, tanpa beban terfaktor.

Secara umum, perencanaan ASD dan LRFD akan memberikan hasil yang mirip, atau tidak terjadi perbedaan yang signifikan. Adapun alasannya bahwa LRFD memperhitungkan kondisi plastis sedang ASD tidak, tentu perlu diperjelas juga. Karena untuk ASD-pun memperhitungkan kondisi tekuk elastis maupun kondisi tekuk inelastis. Bahkan judulnya saja juga memasukkan unsur plastis. Memang sih, yang namanya tegangan izin, adalah tegangan leleh dibagi s.f (antara 1.5 sampai 2 tergantung kasus yang ditinjau).

Untuk check ASD yang bagus, saya sarankan mengikuti ketentuan ASD. Memang sih, cara lama memang lebih mudah (elastis, misal tegangan = gaya / luas  << tegangan ijin), tapi kalau untuk proyek besar rasanya pakai saja ASD. Itu proyek-proyek Jepang, th 90-an semuanya pakai AISC-ASD. Jika pakai itu, maka rasanya tidak ada pertanyaan yang meragukannya.

Client saya memberi tanggapan akan masukan yang saya berikan, sebagai berikut

Pak Wir,

Dalam analisa ASD yang saya lakukan bebannya pun sudah saya sesuaikan, tidak ada faktor pembesaran (faktor beban = 1), ketika saya lakukan pengecekan dengan metode ASD jepang (peraturan OCDI) rasio tegangan terjadi terhadap tegangan ijin menjadi lebih besar dari 1 (1.062).

Kemudian untuk mengecek tegangan tekan dalam PPBI apakah kita tinjau terhadap beban tekan maksimum saja pak?

Terima kasih,

O berarti sudah dipahami, apa itu ASD dan apa itu LRFD. Untuk itu saya menjawabnya sebagai berikut.

Kalau begitu maka penyebabnya adalah perbedaan ratio antara besarnya beban hidup terhadap beban mati. Jika ratio beban hidup dibagi beban mati sekitar 3, maka hasil cara ASD dan LRFD adalah sama. (Geschwinder 2012, page 22)

Tetapi jika ratio beban hidup dibagi beban mati adalah satu, atau sama besar, maka hasil perencanaan berdasarkan ASD adalah konservatif (lebih boros). Maklum perbedaan safety faktor, yang konstan. Jika ratio beban hidup dibagi beban mati sekitar 5 maka hasil LFRD yang boros.

Kira-kira begitu, dengan catatan prosedur perencanaan ASD dan LRFD yang dilakukan sudah benar semua.

 

Intinya bahwa hasil perencanaan cara ASD dan cara LRFD, pada suatu kondisi tertentu dapat memberikan hasil sama, tetapi pada suatu kondisi tertentu juga bisa berbeda, konservatif atau bahkan dianggap tidak aman. Kenapa, karena cara ASD faktor keamanan bersifat konstan untuk semua kondisi beban, sedang LRFD bisa berbeda-beda tergantung dari probabilitas kejadiannya. Itu masalahnya.

Yah intermezo sedikit ngomongin baja ya, biar sehat.

11 thoughts on “diskusi soal baja – ASD dan LRFD

  1. Yth Mas Wiryanto
    Perkenalkan sy Djoko Susilo Jusup, Setelah membaca ulasan Panjenengan, dan ada 1 kalimat Panjenengan yang mengatakan unt bangunan tinggi perhitungan pakai ASD, lantas mengapa mahasiswa skrg mempelajari konstruksi baja cara LRFD, padahal di jaman kita dulu (angkatan thn 81/82) semua pakai cara ASD, bukunya A Potma, Prof Ir Loa Wan Kiong, Ir Untung dsb, kalo toh lebih “meyakinkan ASD”. Apakah untuk struktur2 yg relatif kecil output ASD dgn LRFD berbeda secara signifikan, mengingat utk perhitungan realita di lapangan berkaitan dgn berat baja (tonase), kaitannya dgn masalah biaya konstruksi baja. Maturnuwun Mas atas tanggapannya

    Suka

    • Nah betul, ASD lama yang saya maksud adalah jamannya A Potma, Prof. Ir. Loa Wan Kiong dsb-nya. Mereka mengacu pada rumus yang diturunkan oleh Euler (untuk daerah tekuk elastis) dan Engesser (untuk daerah tekuk inelastis). Jadi masih mengandalkan pendekatan analitis dan permainan safety-faktor. Itu pula yang menjadi dasar dalam penyusunan ASD AISC tahun 1978-an.

      Rumus Euler dan Engesser diturunkan dari kondisi kolom yang ideal (perfect), keduanya sudah memperhitungkan perilaku elastis-plastis. Hanya saja, untuk pendekatan plastis, mereka memakai modulus tangent (untuk daerah inelastis) dan modulus elastis (untuk daerah elastis). Kedua rumus tersebut belum mengantisipasi kondisi partial yielding.

      Fakta berkembang, bahwa ternyata kolom ideal, pada kenyataan itu tidak ada, pasti ada ketidak-lurusan yang terjadi, dan itu menentukan kuat kapasitas kolom.

      Kondisi inelastis (tegangan residu atau akibat mutu material) itu merupakan problem non-linier material, adapun ketidak-lurusan elemen tekan atau imperfection adalah problem non-linier geometri. Kedua hal tersebut belum dipertimbangkan dalam penentuan rumus pada ASD yang lama. Masalah diatasi dalam level praktis, karena jaman dulu, rumus-rumus mereka dikalibrasi terhadap hasil uji empiris.

      Itulah mengapa, rumus ASD dan juga bahkan LRFD, untuk kasus batang tunggal nggak akan banyak bedanya, bahkan identik. Karena rumus telah dikalibrasi dengan hasil empiris. Perbedaan baru terlihat ketika rumus tersebut dikembangkan dalam konteks yang lebih rumit, ada keterkaitan elemen satu dengan yang lainnya. Jadi permasalahan itu masuk pada kancah stabilitas struktur.

      Itulah mengapa, tahun 2010 kemarin AISC akhirnya memilih Direct Analysis Method sebagai metode utama perencanaan LRFD lama yang dikenal sebagai effectif length method (ELM). Padahal strategi yang digunakan dalam ELM itulah yang dirujuk oleh Euluer di awal abad 18 dulu, itu juga yang menjadi dasar perencanaan baja yang diajarkan oleh Potma, Loa Wan Kiong dan sebagainya di masa dulu.

      Jadi kalau begitu metode LRFD yang berdasar DAM itu benar-benar baru, karena computer based solution, yang dimasa kita dulu belum ada. Itulah mengapa, saya perlu menceritakan hal itu dalam dua sesi di UK Petra tanggal 4 Juli 2014 besok. Mumpung diberi panggung, saya akan bercerita mulai mendasar, tidak sekedar pekerjaan membanding-bandingkan hasil perencanaan dengan cara ELM dan DAM.

      Note : materi di UK Petra besok adalah benar-benar menggali kompetensi saya selaku pengajar atau dosen Struktur Baja dan juga kompetensi selaku penulis buku SAP2000. Maklum perencanaan baja yang berbasis komputer. Jadi kalau nggak ada komputer, maka harus kembali ke metode lama, yaitu memakai faktor K. Jadi cara lama itu baru unggul terhadap cara baru, jika tidak tersedia komputer.😀

      Pada sesi tersebut, saya mencoba membawa permasalahan dalam kasus yang sangat sederhana, yang anak S1-pun kalau mendengar dengan seksama dapat memahami bahwa metode baru AISC (2010) memang secara prinsip mempunyai keunggulan dibanding cara lama yang telah kita ketahui sekarang ini.

      Sorry, saya bukan menyombong, tetapi materi yang akan saya jelaskan di sana memang rasa-rasanya saya sendiri belum pernah mendengar di tempat lain, bahkan buku karangan Segui terbarupun (2013) dan Geshwinder (2012) saja belum membahasnya.

      Penjelasan ini jelas mengkoreksi pernyataan saya (bila ada), bahwa ASD lebih unggul dari LRFD.

      Suka

  2. Ping balik: diskusi soal baja – ASD dan LRFD | Civil Engineering Report

  3. Ping balik: cuplikan dari buku Struktur Baja yang akan terbit | The works of Wiryanto Dewobroto

  4. Ping balik: respons pembaca buku Struktur Baja | The works of Wiryanto Dewobroto

  5. Pak wir,
    Saya mau tanya pak. Apa yang di maksud dengan kekakuan batang itu yah pak? Saya sedang menjalani tugas akhir tentang re-desain jembatan baja tipe pratt. Saya disuruh cari kekakuan tiap batangnya pak. Saya mohon dengan sangat bantuannya pak.

    Suka

    • istilah kekakuan banyak digunakan pada analisa struktur, khususnya pada formulasi metode matrik. Intinya, kekakuan itu adalah besarnya gaya atau momen yang diperlukan untuk menghasilkan satu unit deformasi. Oleh sebab itu kekakuan bisa dikaitkan dengan gaya penyebabnya, misalnya kekakuan aksial ini yang biasa dipakai untuk rangka batang, atau kekakuan lentur untuk balok.

      Kekakuan aksial atau k = AE/L, yaitu berbanding lurus dengan luas penampang dan modulus elastis bahan dan berbanding terbalik dengan panjang. Untuk kekuan lentur k = 4EI/L untuk kondisi tumpuan jepit-jepit, yaitu berbanding lurus dengan modulus elastis dan momen inersia dan berbanding terbalik dengan panjang.

      Jika ditinjau satu batang maka disebut kekakuan batang, adapun kombinasi dari batang-batang yang membentuk konfigurasi unik dan kondisi tumpuan agar stabil disebut kekakuan struktur.

      Suka

  6. selamat siang, Pak saya mau bertanya tentang peraturan pembebanan pada struktur baja ? untuk peraturan beban angin datang dan angin hisab apakah ada rumus secara bakunya ? atau mungkin saya bisa download buku peraturan tersebut dimana ? Terimakasih

    Suka

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s