1. Pendahuluan
Pada umumnya, penyebab utama kerusakan pada struktur jembatan baja adalah korosi dan fatique sehingga
menghasilkan penurunan kapasitas daya dukung dan kinerja struktur jembatan baja (Kayser and Nowak, 1989). Sehingga tingkat kerusakan menjadi tidak tentu serta keselamatan dan kenyamanan belum cukup sebagai
syarat manajemen infrastruktur jembatan (Sarveswaran, et al., 1998; Sharifi, et al., 2011). Oleh karenanya diperlukan dan dibuat suatu sistem manajemen infrastruktur jembatan secara praktis seperti bukan hanya mengevaluasi performanya dan dapat memprediksi kerusakan elemen-elemen jembatan namun juga merencanakan suatu metodologi perbaikan yang mengacu pada biaya minimum dengan kualitas maksimal (Miyamoto, et al., 2001; Ahn, et al., 2013). Jadi, penelitian ini dibangun dengan metode pendekatan secara eksperimen laboratorium dan komputerisasi untuk mengevaluasi sifat dan sisa kekuatan aktual korosi jembatan baja yang telah digunakan selama bertahun-tahun untuk dapat menentukan strategi perbaikan yang tepat.
Kekuatan ultimate pelat baja dalam menahan beban sangat dipengaruhi oleh ketahannya terhadap korosi. Korosi menimbulkan adanya permukaan material baja menjadi korosi global atau lokal hingga mereduksi materialnya (Roberge, 2008; Xie and Huang, 2016). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik korosi pelat baja yang mengalami beban tekan secara analisis experimen dan numerik. Paik, et al. (2003) menganalisis karakteristik kekuatan ultimate tekuk elemen pelat dengan korosi global dan lokal dibawah beban aksial tekan. Mereka membentuk spesimen uji dengan tingkat intensitas korosi dan aspek rasio pelat berbeda-beda. Hasil analisis eksperimen dan numerik memperlihatkan bahwa kekuatan ultimate berkurang signifikan karena disebabkan korosi global maupun lokal serta luas penampang pelat. Beaulieu, et al. (2010) melakukan percobaan kuat tekan pada pelat baja siku dengan proses korosi buatan secara eksperimen laboratorium. Rahbar-Ranji (2012) menggunakan pendekatan nonlinear Finite Element Analysis (FEA) dengan bantuan power spectrum untuk mengestimasi kekuatan ultimate korosi pelat dengan permukaan ireguler dibawah beban tekan. Ok, et al. (2007) telah menginvestigasi lebih dari 256 nonlinear finite element analyses menggunakan Softwer ANSYS SHELL181 pada pelat dengan berbagai variasi pada letak dan ukuran korosi. Hasil analisis memperlihatkan bahwa pengaruh panjang, lebar dan tebal pit korosi (Nakai, et al., 2006) telah melemahkan kekuatan ultimate pelat. Silva, et al. (2013) menganalisis sebanyak 3575 korosi pelat untuk mengetahui sisa kekuatan ultimate-nya. Untuk membentuk geometri permukaan pelat dengan tingkat korosi yang berbeda, Simulasi Monte Carlo dan Nonlinear FEA diadopsi.
Sifat mekanik korosi baja telah banyak dipelajari, namun penelitian masih kurang dilakukan pada pelat baja dibawah pengaruh beban tekuk. Terbentuknya korosi masih sebatas buatan, belum menggambarkan korosi yang terbentuk secara alamiah di lingkungan. Karena Finite Element Method (FEM) merupakan salah satu metode terpercaya dan dapat dipergunakan untuk mengevaluasi sisa kekuatan pelat baja baik korosi global maupun lokal (Jiang and Soares, 2011 dan 2012) dengan hasil memuaskan dan dengan bantuan komersial softwer Abagus/Standar dan eksperimen laboratorium sebagai validasi FEM, penelitian ini dilakukan.
2. Analisis Eksperimen
2.1 Konfigurasi spesimen uji
Spesimen uji pada penlitian ini diproleh dari gelagar baja Jembatan Amarube yang terletak di Prefektur Hyogo, Jepang dan telah digunakan selama 98 tahun. Sembilan spesimen uji (AF1-AF9) yang telah mengalami korosi dibentuk sebagai spesimen uji dan dianalisis sisa kekuatannya. Sebelum melakukan pengukuran dimensi, karat dan cat yang masih melekat pada kedua permukaan pelat dihilangkan dan dibersihkan secara hati-hati dengan menggunakan sikat kawat listrik dan palu. Kemudian, dua potongan pelat baja SM490A dengan lubang baut disambung dan dilas pada kedua ujung spesimen yang berfungsi sebagai tempat cengkraman mesin kompresi seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Selain itu, tiga sampel pelat baja (FM1-FM3) yang tidak berkorosi sesuai dimensi JIS No.5 seperti ditunjukkan pada Gambar 2, diuji untuk memperjelas dan mengetahui karakteristik material spesimen dan hasil pengujian dibandingkan dengan spesimen SS400JIS yang dapat dilihat pada Tabel 1. Di sini, lebar spesimen berkisar antara 75mm -88mm. Kemudian, spesimen uji dengan permukaan ireguler tersebut diukur dengan menggunakan 2D laser displacement sensor.
Gambar 1. Korosi spesimen dengan permukaan ireguler
Gambar 2. Sampel uji JIS no. 5
2.2 Pengukuran ketebalan pelat
Akurasi, mudah digunakan, mudah dipindahkan dan ringan adalah keunggulan yang diperlukan dari seperangkat alat ukur untuk pengukuran permukaan ireguler korosi spesimen di lapangan. Oleh karena itu, sistem pengukuran dengan menggunakan alat 2D laser displacement sensor dipilih sebagai pengukuran dimensi spesimen uji pada penelitian ini dan dikombinasikan dengan head sensor serta perangkat aktuator listrik seperti pada Gambar 3. Dari seperangkat alat tersebut, data terukur diperoleh. ketebalan spesimen uji kemudian ditentukan dengan interval 2 mm dengan menggunakan Persamaan 1 sebagai berikut:
\[t_1 = \Delta h_1 + t_a - \Delta h_1 \tag{1}\]
dimana \(\Delta h_1\)' dan \(\Delta h_1\) adalah jarak antara setiap titik dengan pelat referensi masing-masing dan \(t_a\) adalah tebal pelat referensi yang telah ditentukan seperti pada Gambar 4. Tabel 2 merangkum hasil pengukuran tebal rata-rata pelat \(t_{avg}\), tebal minimum pelat \(t_{min}\), tebal maksimum pelat tmax, dan tebal rata-rata pertengahan pelat \(t_{cavg}\).
Gambar 3. (a) Instrumen alat pengukur, (b) Situasi pengukurnan permukaan spesimen uji
Gambar 4. Perhitungan tebal pelat spesimen uji
2.3 Set up alat uji
Kapasitas mesin kompresi yang digunakan pada penelitian ini adalah 2940 kN seperti pada Gambar 5. Pengujian tekuk dilakukan dengan mengendalikan kecepatan beban dimana spesimen uji dengan korosi ringan sebesar 0,15 kN/detik, dan 0,05 kN/detik untuk korosi parah dengan interval data akusisi sebesar 1 detik, yang dimaksudkan untuk menghindari kegagalan dinamis pada spesimen uji. Pemasangan spesimen uji dilakukan secara hati-hati dengan bantuan laser levels yang merupakan sebuah alat pengontol terdiri dari sebuah laser beam projector. Alat tersebut dipasang pada sebuah tripod, yang diratakan berdasarkan akurasi alat dan memproyeksikan garis merah atau hijau sepanjang sumbu horisontal dan vertical ke spesimen uji. Sehingga spesimen uji dapat teerpasang tegak dan lurus serta terletak presisi pada tengah alat uji tekan.
| Spesimen | Modulus Elastisitas (Gpa) | Poisson's ratio | Tegangan leleh (MPa) | Kekuatan tarik (MPa) | Elongasi setelah putus (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| FM1 | 203,3 | 0,287 | 257,85 | 383,36 | 41,4 |
| FM2 | 199,3 | 0,283 | 281,06 | 386,4 | 38,52 |
| FM3 | 200,3 | 0,282 | 269,09 | 390,59 | 39,23 |
| SS400 JIS | 200 | 0,3 | 245~ | 400~510 | 21~ |
Tabel 2. Hasil pengukuran tebal pelat spesimen uji
| Spesimen | Tebal rata - rata pelat tavg (mm) | Tebal minimum pelat tmin (mm) | Tebal maksimum pelat tmax (mm) | Tebal rata - rata minimum pelat tmavg (mm) | Tebal rata - rata pertengahan pelat tcavg (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| AFM1 | 14,788 | 11,175 | 15,9 | 13,697 | 15,4 |
| AFM2 | 11,084 | 7,426 | 15,217 | 9,603 | 11,544 |
| AFM3 | 10,164 | 5,242 | 14,407 | 9,122 | 10,171 |
| AFM4 | 13,732 | 8,626 | 15,9 | 12,552 | 13,028 |
| AFM5 | 14,544 | 9,347 | 15,9 | 13,047 | 14,711 |
| AFM6 | 14,61 | 10,707 | 15,9 | 13,629 | 14,512 |
| AFM7 | 13,994 | 10,078 | 15,9 | 11,147 | 14,209 |
| AFM8 | 12,737 | 8,465 | 15,9 | 10,704 | 13,678 |
| AFM9 | 15,399 | 11,127 | 15,9 | 14,617 | 15,542 |
Aparatur yang melekat pada kedua ujung spesimen uji adalah perletakan sendi yang dimaksudkan agar kedua ujungnya dapat memutar secara bebas ketika diberikan beban tekan seperti terlihat pada Gambar 6. Kemudian dipasang satu titik strain gauge pada bagian tebal minimum dan tiga titik pada pertengahan spesimen uji yang dipasang secara paralel terhadap beban axial. Hal tersebut dimaksudkan agar dapat mengetahui pengaruh tebal minimum pelat terhadap beban axial yang bekerja. Informasi yang diperoleh dari hasil pengujian akan dikalkulasi secara komputerisasi sehingga dapat diperoleh hasil maksimal dan akurat.
Gambar 5. Alat penguji
Gambar 6. Set up spesimen uji
2.4 Hasil dan pembahasan analisis eksperimen
Pada umumnya, perhitungan beban tekuk \(Euler\ P_{cr}\) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2 dimana E adalah modulus elastisitas, I adalah momen inersia, k adalah faktor panjang efektif yang tergantung pada ujung tumpuan spesimen uji, dan E adalah panjang spesimen uji. Rumus tersebut juga digunakan sebagai metode analisis sederhana. Namun, sejak rumus beban tekuk Euler tidak sesuai untuk fenomena tekuk dan perilaku spesimen korosi baja, yang merupakan metode analisis sederhana. Sehingga hal tersebut hanya digunakan sebagai perhitungan acuan dasar untuk mendapatkan sisa kekuatan tekuk dari korosi pelat baja yang disajikan dalam penelitian ini.
\[P_{cr} = \frac{k\pi^2 EI}{L^2} \tag{2}\]
Tabel 3 menunjukkan hasil kuat tekuk yang berasal dari percobaan eksperimen, perhitungan beban tekuk Euler, panjang tekuk efektif dan sifat tekuk. Juga dari hasil analisis eksperimen mengungkapkan bahwa kuat tekuk rata-rata benda uji lebih rendah dari kuat tekuk Euler. Hal tersebut dikarenakan terjadi reduksi luas potongan melintang spesimen uji hingga terjadi permukaan ireguler pelat baja yang berakibat berkurangnya kapasitas kekuatannya dalam menahan beban tekuk.
Lebih lanjut, contoh spesimen uji untuk diselidiki adalah AF4 dan AF9, dimana terlihat bahwa tebal minimum (t<sub>min</sub>) AF4 lebih besar dari AF9 (Tabel 2). Sehingga, hasil pengujian secara eksperimen dari hubungan beban-perpindahan kedua spesimen uji ini dapat diperlihatkan masing-masing pada Gambar 7(a) dan (b). Ditemukan bahwa beban maksimum AF9 jauh lebih tinggi dari AF4 karena tebal minimum korosi pelat baja (t<sub>min</sub>) mempengaruhi beban tekuk sangat besar. Selain hal tesebut, akibat adanya reduksi luas potongan melintang spesimen uji maka sifat tekuk akan terjadi yaitu AF4 mengalami tekuk lokal dan AF9 tekuk total seperti hasil analisis eksperimen pada Tabel 3.
Tabel 3. Beban tekuk, beban tekuk Euler, panjang tekuk efektif dan jenis tekuk
| Spesimen | Beban Tekuk (kN) | Beban Tekuk Euler (kN) | Lebar (mm) | Panjang Efektif Tekuk (mm) | Jenin Tekuk |
|---|---|---|---|---|---|
| AFM1 | 81.6 | 129.7 | 78.0 | 636 | Tekuk total |
| AFM2 | 43.3 | 149.7 | 87.8 | 628 | Tekuk total |
| AFM3 | 41.3 | 121.6 | 74.9 | 646 | Tekuk total |
| AFM4 | 74.6 | 132.7 | 81.9 | 644 | Tekuk total |
| AFM5 | 60.6 | 117 | 85.8 | 702 | Tekuk total |
| AFM6 | 92.8 | 140 | 0.88 | 650 | Tekuk total |
| AFM7 | 60.7 | 141.2 | 85.5 | 650 | Tekuk total |
| AFM8 | 79.7 | 132.7 | 81.9 | 638 | Tekuk total |
| AFM9 | 207.1 | 138.4 | 83.8 | 644 | Tekuk total |
Pengaruh pusat tegangan pada permukaan korosi pelat baja dari hasil pengkuran strain gauge diperhitungkan pada penelitian ini. Investigasi hubungan bebantegangan pada spesimen uji AF4 dan AF9 dapat ditunjukkan pada masing-masing Gambar 8(a) dan (b) dan diasumsikan bahwa tegangan yang mengalami tarik akan bernilai positif dan tegangan yang mengalami tekan akan bernilai negatif. Dari hasil analisis terlihat bahwa nilai beban tekuk ultimate pada central part dan tebal minimum korosi pelat baja hanya memiliki perbedaan nilai yang sangat kecil. Selain itu, Gambar 8(a) mengungkapkan bahwa tegangan pada bagian spesimen uji dengan tebal minimum adalah jauh lebih besar daripada di bagian lain ketika tekuk lokal terjadi. Sebaliknya, Gambar 8(b), mengungkapkan bahwa kurva strain pada bagian spesimen uji dengan tebal minimum terlihat mirip dengan bagian lain ketika tekuk total terjadi.
Gambar 7. Perbandingan beban-perpindahan untuk kurva (a) spesimen uji AF4 (b) spesimen uji AF9
Gambar 8. Hubungan beban-tegangan (a) AF4 tekuk lokal (b) AF9 tekuk total
3. Analisis Numerik
3.1 Finite element model
3D finite element analysis pada korosi pelat baja dijalankan dengan menggunakan komersial program Abaqus/Standard. Selanjutnya, Continuum Threedimensional solid element dengan hexahedral nodal points (C3D8R) dan Updated Riks Method berdasarkan incremental theory sebagai suatu kontrol analitik diadopsi pada penelitian ini. Kemudian nonlinear elastic-plastic material dan von Mises yield criterion diasumsi untuk material properties. Model analisis AF1 dengan dimensi panjang (X), tebal (Y) dan lebar (Z) dibentuk sesuai kondisi korosi sebenarnya dengan interval 2mm grid mesh dan diterapkan pada semua model analisis (AF1- AF9).
Gambar 9 memperlihatkkan tampilan isometric FEM model korosi pelat baja dengan jumlah nodes sebanyak 29,760. Jumlah nodes ini akan berubah-ubah untuk setiap spesimen uji korosi pelat baja. Yield stress σy=257.85[MPa], Elastic modulus E=200.3[GPa] dan Poisson's ratio ν=0.287, digunakan pada semua analisis model FEM. Data tersebut diperoleh dari hasil pengujian laboratorium (Tabel 1) dan dipilih oleh karena lebih mendekati nilai spesimen SS400.
Gambar 9. Tampilan isometric FEM AF4
3.2 Boundary condition
Gambar 10 memperlihatkan FE model AF4 dan boundary conditions dimana kedua ujungnya diasumsikan adalah perletakan sendi sesuai dengan kondisi pada saat dilakukan pengujian laboratorium. Posisi beban tekuk aksial berada pada sepanjang sentris sumbu Y dengan memperhitungkan perubahan eksentrisitasnya yang akan dipelajari di bagian berikutnya.
Gambar 10. Boundry condition pada sumbu pelat AF4
3.3 Verifikasi hasil FEA
Sebelumnya telah dilakukan pengujian eksperimen terhadap sembilan korosi pelat baja (AF1-AF9). Hasil pengujian tersebut kemudian diverifikasi menggunakan metode FEA dengan membandingkannya. Gambar 11 memperlihatkan hubungan perbandingan beban tekuk ultimate antara hasil pengujian eksperimen dengan numerik. Dengan nilai coefficient of correlation R<sup>2</sup>=0.99 mengindikasikan keakurasian dan posibilitas metode numerik untuk mengevaluasi sisa kekuatan korosi pelat baja.
Gambar 11. Perbandingan beban tekuk ultimate eksperimen dan numerik
3.4 Mode karakteristik tekuk
Gambar 12(a) dan (b) memperlihatkan beban maksimum pada model spesimen AF4 dan tabel tegangan aksial dengan perilaku pasca tekuk dimana warna merah mengindikasikan tarik (+) hingga model spesimen mengalami tekuk (+) dengan indikasi warna biru. Kerusakan tekuk terdistribusi disepanjang spesimen FEM dan mencapai kapasitas beban ijin hingga menyebabkan tekuk total seperti terlihat pada Gambar 12(a). Kemudian, Gambar 12(b) memperlihatkan suatu bagian spesimen FEM yang mengalami perilaku pasca tekuk. Hal tersebut karena kerusakan tekuk terkonsentrasi pada tebal minimum (t<sub>min</sub>) pelat hingga menghasilkan tekuk lokal.
4. Parametric Study dengan Korosi Pelat Strip Baja
4.1 Korosi pelat strip baja
Perubahan kekuatan sisa terhadap perubahan dimensi spesimen korosi pelat strip baja juga telah dianalisis sebelumnya. Spesimen diperoleh dari potongan horizontal flange girder Ferry Contact Bridge yang terkorosi selama bertahun-tahun. Peningkatan kerusakan material baja oleh korosi disebabkan karena terendam air sehingga mereduksi ketebalannya, dimana tebal awalnya adalah 12mm. Kemudian, karakteristik data materialnya diperoleh dari analisis eksperimen sesuai dengan dimensi pengujian JIS no.5 yaitu Tegangan leleh \(\sigma_y\)=259,7 [MPa], Modulus elastisitas E=196,5 [GPa] dan Poisson's ratio v=0,275.
Delapan Korosi pelat strip baja dibentuk dengan lebar seragam sebesar 30 mm dan tinggi berbeda-beda sebesar masing-masing 150 mm - 450 mm (CF1501-CF4502). Spesimen tersebut dibersihkan dengan menggunakan
Gambar 12. FEM AF4 (a) tekuk total (b) tekuk lokal
bahan kimia penghilang lapisan cat dan sikat besi. Kemudian, Grid points dengan interval 5 mm dibuat pada salah satu permukaan spesimen dan diukur ketebalannya dengan instrumen pengukur ketebalan yang dapat membaca tiap-tiap grid point secara langsung dengan sekali pengukuran. Tabel 4 memperlihatkan hasil pengukuran ketebalan korosi pelat strip baja.
4.2 Hasil dan pembahasan
Tabel 5 memperlihatkan hasil kuat tekan dan mode tekuk pada korosi pelat strip baja dengan analisis finite element. Seperti terlihat bahwa hubungan antara sisa kekuatan pelat terhadap panjang efektif tekuk sangat berpengaruh. Dimana jika semakin panjang tekuk efektif maka sisa kekuatan korosi pelat strip baja cenderung semakin kecil dan sebaliknya. Lebih lanjut, untuk spesimen yang memiliki panjang tekuk efektif seragam, terlihat bahwa jika semakin besar sisa ketebalan pelat, maka sisa kekuatan dan kekakuan korosi pelat strip baja akan cenderung semakin kecil. Hal tersebut disebabkan luas area permukaan pelat
telah banyak tereduksi oleh korosi. Sehingga, tekuk total terjadi pada saat mengalami beban maksimum (Gambar 13a) dan selanjutnya akan mengali perilaku pasca tekuk pada area permukaan ireguler pelat strip dengan ketebelan minimum (tmin) sehingga terjadi tekuk lokal (Gambar 13b).
Tabel 5. Hasil analisis FE
| Spesimen | Sisa kekuatan tekuk (kN) | Mode tekuk |
|---|---|---|
| CF4501 | 5,98 | + |
| CF4502 | 4,28 | + |
| CF3001 | 10,07 | + |
| CF3002 | 7,77 | + |
| CF3003 | 8,4 | + |
| CF3004 | 9,47 | + |
| CF1501 | 24,39 | - |
| CF1502 | 14,91 | + |
Tabel 4. Hasil pengukuran ketebalan korosi pelat strip baja
| Spesimen | Panjang tekuk efektif (mm) | Tebal pelat rata - rata tavg (mm) | Tebal pelat minimum tmin (mm) | Tebal minimum rata - rata pelat tmavg (mm) | Tebal rata - rata pertengahan pelat tcavg (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| CF4501 | 840 | 9,237 | 6,86 | 8,313 | 9,34 |
| CF4502 | 840 | 8,333 | 6,03 | 7,219 | 7,255 |
| CF3001 | 690 | 9,301 | 6,51 | 8,527 | 9,345 |
| CF3002 | 690 | 8,463 | 6,27 | 7,58 | 8,226 |
| CF3003 | 690 | 8,727 | 7,29 | 8,041 | 8,916 |
| CF3004 | 690 | 9,086 | 7,71 | 8,639 | 8,888 |
| CF1501 | 540 | 9,623 | 6,81 | 9,017 | 9,81 |
| CF1502 | 540 | 8,181 | 5,63 | 7,07 | 8,409 |
Gambar 13. Korosi pelat strip baja (a) tekuk total (b) tekuk lokal
5. Parametric Study dengan Perubahan Sejumlah Eksentrisitas
Perubahan sisa kekuatan karena adanya perubahan sejumlah eksentritas pada korosi pelat baja (AF1-AF9) dan korosi pelat strip baja (CF1501-CF4502) yang mengalami beban tekuk diverifikasi pada bagian ini dengan total parametric study adalah 110 patterns. Sebagai contoh adalah spesimen AF2 dimana tebal spesimen terbagi menjadi dua bagian yaitu dengan sumbu axis bersifat netral. Gambar 14 memperlihatkan perubahan jarak sumbu axis terhadap beban yang terjadi.
Dari hasil analisis secara numerik maka Gambar 15 memperlihatkan perubahan sisa kekuatan tekuk spesimen dengan adanya perubahan eksentrisitas. Dipahami bahwa ketika kuat tekan menurun, eksentritas akan meningkat secara linear. Oleh karena itu, seperti halnya kekuatan ultimate, kuat tekuk juga tergantung pada lebar, tebal, dan panjang efektif tekuk spesimen. Oleh karenanya, diperlukan ketelitian dan kehati-hatian dalam menentukan sentrisitasnya.
Gambar 14. Hubungan antara perubahan netral axis dan beban spesimen AF2
Gambar 15. Hubungan perubahan sisa kekuatan tekuk-eksentrisitas
6. Rumusan Sisa Kekuatan Tekuk
Seperti pembahasan sebelumnya bahwa hasil yang diperoleh dari analisis eksperimen dan numerik terhadap sisa kekuatan tekuk korosi pelat baja sangat dipengaruh oleh beberapa faktor yaitu bentuk permukaan, tingkat korosi, panjang efektif tekuk dan perubahan sejumlah eksentrisitasnya. Secara statistik akan sangat dipertimbangkan faktor-faktor pengaruh tersebut terhadap hasil sisa kekuatan pelat baja yang mengalami beban tekuk. Sehingga, perlu dikembangkan suatu rumusan yang mencakup faktor-faktor pengaruh yang terjadi.
Diketahui bahwa boundary condition adalah perletakan sendi. Sehingga, beban tekuk P<sub>cr</sub> menjadi:
\[P_{cr} = \frac{\pi^2 EI}{L^2} \tag{3}\]
dimana E adalah modulus elastisitas dan L adalah panjang efektif tekuk. Kemudian, I adalah Momen inersia sekitar area weak axis seperti:
\[I = \frac{bt^3}{12} \tag{4}\]
apabila Persamaan 4 disubtitusi ke dalam Persamaan 3 maka akan diperoleh Persamaan 5, yaitu:
\[P_{cr} = \frac{\pi^2 E B t^3}{12 L^2} \tag{5}\]
Dari Persamaan 5, pengaruh lebar B dan panjang efektif tekuk L terhadap beban tekuk sudah menjadi jelas. Oleh karena itu, tebal pelat efektif (t<sub>eff</sub>) pada evaluasi sisa kekuatan tekuk korosi pelat baja sangat diperhitungkan. Fenomena tekuk terhadap korosi pelat baja menggambarkan kurva sin pertama terbentuk setelah tegangan yang tejadi disepanjang spesimen uji.
Gambar 16 memperlihatkan hubungan antara unit beban dan tebal efektif pelat tanpa adanya eksentrisitas. Dari gambar tersebut unit beban P akan menghasilkan rumusan seperti Persamaan 6, yaitu:
\[P = \frac{12P_{cr}L^2}{\pi^2 EB} \tag{6}\]
Jadi, disini dianggap bahwa tebal efektif pelat \((t_{eff})\) adalah sama dengan tebal rata-rata pelat \((t_{avg})\). Meskipun \(t_{eff}\) dipengaruhi oleh tebal awal pelat \((t_0)\) dan tebal minimum pelat \((t_{min})\), namum dianggap sangat kecil pengaruhnya dengan nilai C=0.03 (0<C<1) seperti Persamaan 7 dan Persamaan 8, adalah:
\[t_{eff} = t_{avg} - C(t_0 - t_{\min}) \tag{7}\]
\[t_{eff} = t_{avg} \tag{8}\]
Kemudian, karena adanya pengaruh perubahan eksentrisitas terhadap sisa kekuatan pelat baja maka akan menghasilkan hubungan antara koefisien koreksi sisa kuat tekan \(\beta\) dengan perbandingan eksentrisitas \(\alpha\) seperti terlihat pada Gambar 17. Dimana nilai koefisien koreksi \(R^2\) menunjukkan korelasi yang tinggi. Untuk mendapatkan koefisien koreksi sisa kuat tekan \(\beta\) maka beban eksentris \(P_e\) dibagi beban tak eksentris \(P_0\) seperti Persamaan 9 dan perbandingan eksentrisitas \(\alpha\) seperti Persamaan 10. Jika kedua persamaan tersebut (Persamaan 9 dan 10) dihubungkan dan dengan bantuan analsis regresi maka akan menghasilkan Persamaan 11.
\[\beta = \frac{P_e}{P_0} \tag{9}\]
\[\alpha = \frac{eBt_{avg}}{t_0^3} \tag{10}\]
\[\beta = -0.39\alpha + 1 \tag{11}\]
dimana e adalah eksentrisitas, B adalah lebar pelat, t<sub>avg</sub> adalah tebal rata-rata pelat, dan to adalah tebal awal pelat. Oleh karena itu, koefisien koreksi sisa kuat tekan β sangat berpengaruh terhadap perhitungan sisa kekuatan korosi pelat baja karena adanya pengaruh sejumlah eksentrisitasnya. Sehingga dalam perhitungan secara matematis untuk mendapatkan hasil sisa kekuatan korosi pelat baja yang mengalami beban tekuk dapat mengadaposi formula baru seperti pada Persamaan 12.
\[P_{cr} = \frac{0.12 \, \beta \pi^2 EB t_{eff}^{\ 3}}{I^2} \tag{12}\]
Gambar 18 memperlihatkan hungan antara metode analitis dengan usulan rumus seperti Persamaan 12 dengan nilai koefisien koreksi R<sup>2</sup> menunjukkan respon sangat baik.
Gambar 16. Hubungan antara satuan beban dengan tebal efektif pelat
Gambar 18. Evaluasi usulan rumus baru
7. Kesimpulan
Pada penelitian ini, karaktristik mekanik dari pengujian tekuk pelat baja yang mengalami korosi dilakukan secara eksperimen dan numerik. Hasil pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa:
- 1. Metode eksperimen dan numerik dapat dipergunakan untuk menentukan dan mengevaluasi sisa kekuatan korosi pelat baja yang telah mengalami beban tekuk.
- 2. Fenomena tekuk terjadi disepanjang pengujian dimana tegangan yang terjadi pada korosi baja menimbulkan sifat tekuk total karena akibat ireguler permukan pelat baja dan telah mencapai kapasitas ijin kekuatannya dan tekuk lokal terjadi akibat adanya tegangan yang terkonsetrasi pada tebal minimum pelat \((t_{min})\).
- 3. Adanya pengaruh panjang tekuk efektif dan rasio perubahan sejumlah beban eksentris α sangat berpengaruh terhadap sisa kekuatan korosi pelat baja serta koefisien sisa kekuatan tekuk β. Maka bila dihubungkan akan diperoleh rumusan sebagai berikut:
\[\beta = -0.39\alpha + 1\]
\[P_{cr} = \frac{0.12 \, \beta \pi^2 EB t_{eff}^{3}}{L^2}\]
5. Hasil analitis dan usulan rumus baru memperlihatkan kesesuaian keduanya yang sangat baik dengan nilai koefisien koreksi R<sup>2</sup>=0.98.