PENGARUH TULANGAN LONGITUDINAL TERHADAP KUAT GESER REACTIVE POWDER CONCRETE

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 12 Batam, September 2018 PENGARUH TULANGAN LONGITUDINAL TERHADAP KUAT GESER REACTIVE POWDER CONCRETE Daniel Christianto 1, Widodo Kushartomo 2, Claudia Chandra 3, Dennis Kurniadi 4, David Surachmat 5 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S.Parman no., Jakarta daniel@untar.ac.id 2 Jurusan Teknik Sipil,Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S.Parman no., Jakarta widodo@untar.ac.id 3 Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S.Parman no., Jakarta claudiachandra2309@gmail.com 4 Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S.Parman no., Jakarta dennis15625@gmail.com 5 Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S.Parman no., Jakarta davidsurachmat66@gmail.com ABSTRAK Penelitian terhadap teknologi beton pada masa kini sudah mengarah kepada beton mutu tinggi (Ultra High Concrete) dimana jenis beton yang digunakan adalah jenis powder concrete. Berbagai inovasi juga digunakan untuk menunjang kepada beton mutu tinggi. Dalam perencanaan struktur beton selalu menghindari keruntuhan akibat geser karena keruntuhan geser bersifat getas (brittle). Dalam penelitian ini membuat benda uji balok Reactive Powder Concrete (RPC) tanpa tulangan transversal dimana luas tulangan longitudinal dibuat bervariasi dari minimum (84,85 mm 2 ) sampai maksimum (339,42 mm 2 ). Semua balok beton jenis RPC tersebut diuji sampai terjadi keruntuhan geser. Bahwa meningkatnya luas tulangan longitudinal juga diikuti dengan meningkatkannya kuat geser dan kuat geser tersebut masih lebih besar dari kuat geser berdasarkan formula pada SNI. Kata kunci: geser, tulangan longitudinal, beton RPC 1. PENDAHULUAN Perencanaan struktur bangunan beton bertulang mengalami perubahan ke arah yang lebih baik dan mengarah pada ultra high concrete. Keruntuhan akibat geser sangat dihindari karena keruntuhan geser bersifat getas (brittle). Saat suatu balok beton tidak dipasang tulangan transversal maka terjadi suatu mekanisme penahanan gaya geser pada beton yang dikenal dengan beam action. Ada tiga faktor dalam mekanisme beam action, yaitu aggregate interlock, arch action, dan dowel action. Dowel action ini muncul ketika mulai terbentuknya retak pada permukaan, dan kemudian retak tersebut ditahan oleh tulangan longitudinal. Penelitian yang telah dilakukan ini adalah untuk mengetahui kontribusi tulangan longitudinal dalam menahan gaya geser terfokus pada beton jenis RPC (tanpa agregat kasar). Untuk menguji kontribusi kuat geser dari tulangan longitudinal pada balok beton jenis Reactive Powder Concrete (RPC), maka luasan dari tulangan longitudinal pada balok ini divariasikan dari luas minimum sampai maksimum dan rasio bentang geser (a) terhadap tinggi efektif balok (d) sebesar 3,5 agar terjadi keruntuhan geser. 2. KUAT GESER Reactive Powder Concrete (RPC) dikembangkan di Perancis pada awal 1990-an dan Reaktif Powder struktur beton pertama di dunia, Jembatan Sherbrooke di Kanada, didirikan pada bulan Juli Reactive Powder Concrete (RPC) memiliki kekuatan dan daktilitas tinggi. Beton khusus ini tersusun dari bahan-bahan mikro yang dioptimalkan oleh gradasi yang tepat dari semua partikel dalam campuran untuk menghasilkan kepadatan maksimum. RPC disusun dari agregat yang sangat halus (semen, pasir, tepung kuarsa, dan silica fume), steel fibers (optional), dan superplasticizer. Superplasticizer jika digunakan pada ukuran yang tepat, akan mengurangi water to cement ratio (w/c) dan akan menaikan workability dari beton. Dengan bahan powder yang digunakan dengan baik akan menghasilkan beton yang padat dan akan menghasilkan beton berkekuatan tinggi. Pada umumnya kuat tekan dari Reactive Powder Concrete adalah 200 MPa SK - 11

2 SK - 12 Suatu struktur tidak mungkin hanya menerima geser saja, pasti juga terdapat kombinasi antara geser, momen, normal atau torsi. Percobaan-percobaan yang telah dipublikasikan menunjukkan bahwa sifat keruntuhan akibat gaya geser pada suatu elemen struktur beton bertulang adalah getas (brittle), tidak daktail, dan keruntuhannya - terjadi secara tiba-tiba tanpa ada peringatan. Hal tersebut disebabkan kekuatan geser struktur beton bertulang terutama tergantung pada kekuatan tarik dan tekan beton. Keadaan ini sangat berbeda dengan tujuan perencanaan yang selalu menginginkan suatu struktur yang daktail. Sehingga meskipun prediksi keruntuhan geser cukup sulit, seorang perencana harus berupaya agar jenis keruntuhan geser tidak terjadi. Balok yang mengalami lentur pada saat bersamaan juga menahan gaya geser akibat lenturan. Kondisi kritis geser akibat lentur ditunjukkan dengan timbulnya tegangan-regangan tarik tambahan di tempat tertentu pada komponen struktur terlentur. Apabila gaya geser yang bekerja pada struktur beton bertulang cukup besar hingga di luar kemampuan beton, maka perlu dipasang baja tulangan tambahan untuk menahan geser tersebut. Tegangan tarik dengan variasi besar dan kemiringan, baik sebagai akibat geser saja/gabungan dengan lentur, akan timbul di setiap tempat sepanjang balok, yang harus diperhitungkan dalam analisis dan perencanaan. Kejadian geser pada balok beton tanpa tulangan, umumnya kerusakan terjadi di daerah sepanjang kurang lebih tiga kali tinggi efektif balok(d), dan dinamakan bentang geser (a). Retak akibat tarik diagonal merupakan salah satu cara terjadinya kerusakan geser. Bentang geser yang lebih pendek, kerusakan timbul sebagai kombinasi dari pergeseran, remuk dan belah, sedangkan untuk balok beton tanpa tulangan dengan bentang geser lebih panjang, retak akibat tegangan tarik lentur akanterjadi terlebih dahulu sebelum retak karena tarik diagonal. Terjadinya retak tarik lenturan pada balok tanpa tulangan merupakan peringatan awal kerusakan geser. Joint ACI-ASCE Committee 426 (1973) menyatakan bahwa mekanisme perlawanan geser dalam komponen struktur beton bertulang adalah sebagai berikut: 1. Shear Transfer by Concrete Shear Stress. Adanya perlawanan geser beton sebelum terjadi retak. 2. Interface Shear Transfer (Aggregate interlock/surface roughness shear transfer/shear friction). Adanya gaya ikatan antar agregat (pelimpahan geser antar permukaan butir) ke arah tangensial di sepanjang retakan, yang serupa dengan gaya gesek akibat saling ikat antar agregat yang tidak teratur di sepanjang permukaan beton kasar. 3. Dowel Action. Timbulnya aksi pasak tulangan memanjang sebagai perlawanan terhadap gaya transversal yang harus ditahan. Wight, James K (2016) Reinforced Concrete menyatakan bahwa Rasio tulangan longitudinal berkisar dari sd meningkatkan kuat geser pada balok beton bertulang. 4. Arch Action. Terjadinya perilaku pelengkung pada balok yang relatif lebih tinggi, dimana segera setelah terjadi retak miring, beban yang dipikul oleh susunan reaksi gaya tekan yang membentuk busur melengkung dengan pengikatnya (tali busur) adalah gaya tarik di sepanjang tulangan memanjang yang ternyata memberikan cadangan kapasitas cukup tinggi. 5. Shear Reinforcement. Adanya perlawanan penulangan geser yang berupa sengkang vertikal ataupun miring (untuk balok bertulangan transversal). Pada dasarnya ada tiga jenis keretakan pada balok: 1. Retak Lentur (Flexural Crack), terjadi di daerah yang mempunyai nilai momen lentur besar. Arah retak hampir tegak lurus pada sumbu balok. 2. Retak Lentur (Flexural Shear Crack), terjadi pada bagian balok yang sebelumnya telah terjadi retak lentur. Jadi retak geser lentur merupakan perambatan retak miring dari retak lentur yang sudah terjadi sebelumnya. Proses terjadinya retak lentur umumnya cenderung merambat mulai dari tepi masuk ke dalam balok dengan arah hampir vertikal. Proses tersebut terus berlanjut tanpa mengakibatkan berkurangnya tegangan sampai tercapainya suatu kombinasi kritis tegangan lentur dan geser di ujung salah satu retak terdalam, dimana terjadi tegangan geser cukup besar yang kemudian mengakibatkan terjadinya retak miring. 3. Retak Badan / Retak Tarik Diagonal (Web Shear Crack), terjadi pada daerah garis netral penampang dimana gaya geser maksimum dan tegangan aksial sangat kecil. Pada jenis retak ini, retak miring pada balok, tidak mengalami retak lentur sebelumnya. Keretakan ini jarang dijumpai pada balok beton bertulang biasa dan lebih sering dijumpai pada balok beton prategang berbentuk I dengan badan tipis dan sayap lebar. Retak geser badan juga dapat terjadi di sekitar titik balik lendutan atau pada tempat dimana terjadi penghentian tulangan balok struktur bentang menerus.

3 SK - 13 Pada balok dengan rasio a/d diantara 2,5 sampai 6, kekuatan geser sama dengan besar kapasitas keretakan miring. Pada jenis ini lentur mulai bersifat dominan, dan keruntuhan geser sering dimulai dengan retak lentur murni yang vertical di tengah bentang dan akan semakin miring jika semakin dekat ke perletakan yang tegangan gesernya semakin besar. Dowel Action Dowel action adalah kapasitas tulangan untuk mentransfer gaya tegak lurus terhadap sumbunya. Dowel action juga dapat diartikan sebagai suatu mekanisme penahanan gaya geser oleh tulangan. Efek ini muncul ketika mulai terbentuknya retak pada permukaan, dan kemudian retak tersebut ditahan oleh tulangan memanjang. Tulangan memanjang diperkirakan memberikan kontribusi sebesar 15-20% terhadap peningkatan kekuatan geser. Telah dibuktikan bahwa kontribusi utama dari dowel action berasal dari deformasi di sepanjang bentang bebas yang merupakan total defleksi dari deformasi tulangan memanjang yang menahan gaya, dan deformasi dari beton di sekitar tulangan. Defleksi pada tulangan akibat dowel action dapat dilihat pada Gambar 2.9. Gambar 1. Defleksi tulangan akibat dowel action Perlawanan gaya geser yang disebabkan oleh dowel action akan meningkat seiring dengan menurunnya pemasangan tulangan sengkang. Akibat dari tidak adanya tulangan sengkang memberikan efek yang signifikan. Ketika retak cenderung melewati tulangan lentur, akibat yang ditimbulkan dari dowel action seperti defleksi tulangan yang muncul pada retakan (Gambar 2.10). Agregat pada sekitar tulangan mencegah terjadinya defleksi dengan mengikat satu sama lain dan tindakan tersebut disebut the total shear resistance of dowel action (El-Ariss, 2006) dan (Dileep Kumar, 2008). Gambar 2. Dowel Action Michael D Kotsovos dalam bukunya yang berjudul A Study of Dowel Action in Reinforced Concrete Beam mengambil kesimpulan dari percobaannya bahwa hasil dari tes menunjukan bahwa selama luas tulangan longitudinal dari balok adalah konstan, maka hasil tes kuat geser dari balok adalah identical, terlepas dari perbedaan diameter tulangan dan tegangan leleh tulangan (f y ).

4 SK MODEL BENDA UJI BALOK UNTUK PENGUJIAN KUAT GESER Gambar 3. Pemodelan Benda Uji dan Penampang Balok Tabel 1. Data data model benda uji Mutu beton: fc = 50 MPa (tanpa agregat kasar) Mutu baja : fy = 220 MPa Tanpa tulangan transversal Tulangan Longitudinal Luas Tulangan (mm 2 ) 3Ø6 84,85 3Ø8 150,85 3Ø10 235,71 4Ø10 314,28 3Ø12 339,42 Tiap model luas tulangan longitudinal dibuat 3 buah benda uji balok. Formula yang digunakan untuk menganalisis adalah V n = V c + V r + V s Karena tidak menggunakan sengkang, maka: V s = 0, sehingga V n = V c + V r V c = 1 x f, c 6 x b w x d V n = kuat geser nominal V c = kuat geser dari beton V r = kuat geser dari tulangan longitudinal V s = kuat geser dari tulangan transversal 4. HASIL PENGUJIAN Hasil pengujian dari balok tersebut dibuat dalam tabel 2 dan gambar 4 seperti berikut ini:

5 SK - 15 No As (mm 2 ) (ρ = ) (ρ = ) (ρ = ) (ρ = ) (ρ = ) Table 2. Hasil pengujian dan jenis kegagalan pada balok Jenis Kegagalan Lentur Gaya (kn) Rata-rata V/bd(f c)^0.5 (in psi) (1000ρVd )/ (M(f'c)^0.5) 15,57 15,99 15, ,46 17,22 19,79 18, ,51 21,70 20,35 20, ,14 16,20 22,70 20, ,48 24,71 22,99 23, ,22 Gambar 4. Grafik Hasil Pengujian untuk kuat geser pada balok beton RPC. 5. KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil pengujian, diperoleh kesimpulan antara lain: 1. Tulangan longitudinal tidak hanya dapat menahan momen lentur, tetapi juga memberikan pengaruh (berkontribusi) terhadap ketahanan gaya geser balok beton RPC. 2. Pada tabel 2 terlihat bahwa dengan meningkatkan luas tulangan longitudinal, gaya yang menyebabkan kegagalan juga meningkat dan ini menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kuat geser dari kontribusi tulangan longitudinal. 3. Pada luas tulangan longitudinal minimum, terjadi kegagalan lentur (tidak terjadi kegagalan geser). Hal ini menunjukkan bahwa kontribusi dari tulangan longitudinal tak mencukupi untuk menahan gaya geser yang terjadi.

6 SK Kontribusi kuat geser pada rasio tulangan longitudinal maksimum pada penelitian ini mencapai 100% dari kuat geser beton (V c ) DAFTAR PUSTAKA Birgisson, SigurdurRunar. (2011). Shear Resistance of Reinforced Concrete Beams Without Stirrups. School of Science and Engineering, Islandia. Christianto, Daniel, dkk. (2015). Analisa Pengaruh Luas Tulangan Longitudinal terhadap Kuat Nominal Beton. Universitas Tarumanagara, Jakarta. Dipohusodo, I. (1994). Struktur Beton Bertulang. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Hsu, Thomas T.C, Mau,S.T, and Chen, Bin. (1987). Theory of Shear Transfer Strength of Reinforced Concrete. ACI structural journal. Kani, G. (1966). Basic Facts Concerning Shear Failure. ACI Journal, Vol. 63 (6), pp Kani, G. (1964). The Riddle of Shear Failure and Its Solutions. ACI Journal, Vol. 61 (4), pp Kani, G. (1967). How Safe Are Our Large Reinforced Concrete Beams?. ACI Journal, Vol. 64 (12), pp Kani,G. (1969). A Rational Theory for The Function of Web Reinforcement. ACI Journal, Vol. 66 (18), pp Kenneth, M.L. (1997). Reinforced Concrete Design.Mc. Graw Hill. Singapore. Kotsovos, Michael D, dkk. (1999). A Study of Dowel Action in Reinforced Concrete Beams. Magazine of Concrete Research. Kushartomo, Widodo, dkk. (2013). Pengaruh Penambahan Quartz Powder pada Reactive Powder Concrete terhadap Terbentuknya Kalsium - Silikat Hidrat. Universitas Tarumanagara, Jakarta. Lee, N.P. & Chisholm, D.H. (2005). Reactive Powder Concrete. The Building Research Levy, New Zealand. McCormac, Jack C. (2004). Desain Beton Bertulang. Erlangga, Jakarta. Nawy, E. (1998). Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. PT. Refika Aditama, Bandung. Park, Robert & Thomas Paulay. (1975). Reinforced Concrete Structures. John Willey & Sons, New Jersey. Wight, J.K. & MacGregor. (2009). Reinforced Concrete Mechanics and Designs. Pearson Prentice Hall, New Jersey.