Bagaimanakah Kekuatan Besi Baja WF Menahan Beban?

Kondisi Fatik atau kelelahan (fatigue) adalah kondisi dimana sebuah struktur mendapat beban yang terus berulang.

Khusus pada struktur baja, dampak dari fatik ini menyebabkan komponen komponen batang serta sambungannya mengalami fraktur atau kegagalan. 

Walaupun tegangan yang dialami belum mencapai batas tegangan leleh (yield stress).

Fatik pada struktur baja itu dipengaruhi oleh 3 faktor. Menurut setiawan (2008) faktor – faktor tersebut yaitu:

  • Jumlah siklus pembebanan
  • Perbedaan antara pada tegangan yang maksimum dan tegangan yang minimum
  • Cacat di dalam material itu sendiri seperti retak-retak yang kecil

Adapun kondisi fatik tersebut terjadi dalam beberapa tahap, antara lain:

struktur baja dengan berbagai macam fatik

Pertama Tahap Permulaan retak atau crack initiation

Seperti yang sudah kami sebut diatas, apabila sebuah komponen struktur mendapat pembebanan berulang maka akan terjadi potensi patah fatik.

Kondisi fatik ini mulai dari permulaan retak pada bagian material yang paling lemah dahulu dalam sebuah penampang atau  permukaan komponen yang menerima konsentrasi tegangan tersebut.

Disini contoh dari material atau penampang terlemah tersebut adalah retakan kecil atau cacat yang diakibatkan dari proses produksi pada pabrik.

Nantinya hal itu akan berdampak pada tegangan yang tidak merata karena semua tegangan tersebut menjadi banyak terkonsentrasi di bagian yang lemah tersebut.

Kedua Tahap Perambatan Retak atau crack propagation

Jika tahap permulaan sudah terjadi dan beban tersebut masih terus menerus berulang terjadi pada komponen struktur baja maka tahap selanjutnya akan timbul retak mikro.

Kondisi itu akan berkelanjutan menjadi retak makro yang dimana menyebabkan sebuah komponen menjadi gagal yang berpengaruh bangunan berstruktur tersebut bisa menjadi runtuh.

Tahap Terakhir Yaitu Patah akhir atau final fracture

Tahap akhir dari kondisi fatik ini adalah patah akhir atau final fracture dimana komponen pada struktur menjadi patah.

Kondisi fatik mencapai tahap ini jika beban yang terjadi terus menerus bekerja pada struktur bangunan seperti pola siklus. Siklus tersebut lah yang menimbulkan tegangan tinggi pada komponen struktur hingga patah.

Siklus Tegangan Pada Baja

Kondisi kegagalan Fatik terjadi saat siklus tegangan dialami struktur belum mencapai batas elastisnya namun dapat menyebabkan kegagalan pada komponen struktur itu sendiri hingga mengalami keruntuhan pada banguanan secara keseluruhan.

Problem yang dihadapi pada reruntuhan tipe ini adalah dimana kondisi tersebut sama sekali tidak menunjukkan tanda – tanda sebelumnya. Deformasi sebagai bahaya peringatan pada struktur tidak dapat kita ketahui.

Dengan kondisi seperti itu sangat sulit bagi kita untuk melihat apa lagi menemukan retak fatik hingga retak – retak tersebut menjadi terlihat mata.

Berbagai jenis siklus tegangan yang menyebabkan kondisi fatik pada struktur baja adalah sebagai berikut.

1. Siklus Tegangan Full Reversal

Dalam perjalanan sebuah siklus, tegangan tersebut mencapai batas maksimumnya yaitu kondisi maximum tensile stress dan minimum tensile stress nya.

Ini berarti bahwasannya komponen yang mengalami tegangan itu dibawa pada sebuah kondisi fully maksimum tensile load, unload, fully minimum tensile load, unload dan seterusnya hingga mencapai tahap akhir dari Fatik tersebut.

2. Siklus Tegangan Pulsating Tension

Siklus Tegangan Jenis Pulsating Tension ini menunjukkan bahwa di dalam sebuah siklus tegangan yang terjadi, saat mencapai kondisi maksimum itu hanya terjadi pada area maximum tensile stress nya saja.

3. Siklus Tegangan Reversing Atau Alternating

Siklus tegangan reversing atau alternating ini bermulai dari tegangan tarik yang minimum yaitu pada nilai 0 sehingga efek yang ditimbulkannya kebalikan dari siklus selanjutnya

4. Siklus Tegangan Fluctuating

Siklus Fluctuating ini adalah siklus tegangan dimana saat mencapai nilai yang maksimum pada tegangan tarik nya serta selalu di atas nilai 0 pada tegangan tarik, yang dimana itu berarti bahwa komponen tidak mengalami tegangan yang minimum tarik pada struktur.

5. Siklus Tegangan Static Load

Untuk siklus tegangan static load ini, pada komponen struktur bangunan yang mengalaminya tidak akan mengalami efek fatik tersebut.

Jika dilihat dari kelima siklus tegangan diatas, maka siklus tegangan Full Reversal lah yang efek destruktif nya paling besar.

Siklus Fatik Pada Baja Berat

Terdapat dua macam kondisi siklus fatik menurut Maranin (2010). Kondisi fatik tersebut diantaranya adalah berikut ini:

1. Siklus Fatik Tinggi (High Cycle Fatigue)

Pada kelelahan siklus fatik tinggi ini umumnya terjadi saat komponen struktur mendapatkan siklus beban yang besar.

Untuk menilai umur dari kelelahan dalam siklus tinggi ini biasa menggunakan pendekatan berbasis stress.

2. Siklus Fatik Rendah (Low Cycle Fatigue)

Saat jumlah siklus yang terjadi tidak terlalu besar, maka konsep kelelahan siklus rendah bisa dipakai untuk mengatasi kondisi siklus yang rendah.

Cara untuk membedakan perbedaan utama antara siklus tinggi dan siklus rendah kelelahan adalah dengan melihat bagaimana tegangan tersebut saat mendapatkan sebuah beban.

Komponen yang mengalami pembebanan yang berulang siklus tinggi, kebanyakan akan beroperasi di dalam sebuah kondisi linier elastis atau pembebanan monoton dari hubungan semua tegangan pada material tersebut.

Gempa Northridge Tahun 1994

Saat terjadinya gempa Northridge pada tahun 1994 lalu, sebuah bangunan yang ber struktur baja menggunakan sistem rangka pemikul momen mengalami sebuah kegagalan struktur yang sangat berat.

Dimana kerusakan yang terjadi tersebut diamati terhadap struktur tersebut yang biasanya terjadi di dalam bentuk retakan pada penetrasi las sambungan nya antara balok dan flens kolom.

Di beberapa kasus tertentu, retakan tersebut merambat ke bagian kolom hingga membuat fraktur pada kolom. Dan pada beberapa kasus lainnya, retakan juga terlihat pada flens balok nya.

Untuk kegagalannya sendiri menunjukkan kinerja yang rapuh dengan sedikit daktilitas.

Kebanyakan koneksi sistem struktur baja tersebut gagal pada tingkat stres yang malah relatif rendah dan  berada di bawah beberapa siklus getaran yang cukup signifikan, dengan harapan struktur tersebut tetap elastis pastinya.

Saat mengadakan sebuah kegiatan forensik, 

kontraktor sebuah proyek pembangunan harus sangat memperhatikan efek fatik (kelelahan) tersebut dimana mungkin bisa terjadi terhadap bangunan baja seperti warehouse, cafe, bangunan – bangunan industrial. 

utamanya bangunan gedung industrial yang dimana menggunakan mesin-mesin yang ber efek vibrasi besar terhadap struktur bangunanannya sendiri.