PENGARUH JUMLAH TULANGAN BAGI DAN ARAH SENGKANG PADA KEMAMPUAN GESER BALOK TINGGI

Transkripsi

1 PENGARUH JUMLAH TULANGAN BAGI DAN ARAH SENGKANG PADA KEMAMPUAN GESER BALOK TINGGI Erwin Rommel Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, erwin67pro@yahoo.com ABSTRAK Pemakaian balok tinggi pada konstruksi beton sudah banyak digunakan, tetapi penggunaannya hanya sebatas untuk memenuhi keinginan estetika saja. Biasanya digunakan penulangan minimum baik untuk lentur maupun geser balok. Penelitian ini akan melihat pengaruh rasio bentang geser terhadap tinggi efektif balok (a/d) dan pemakaian tulangan bagi pada perilaku dan kekuatan geser balok 15 (limabelas) balok berukuran (13x45x15) cm dengan mutu beton 34 MPa diuji pada dua titik beban dengan skala penuh. Terdiri dari 5 (lima) type balok yang diberi beban pada rasio a/d masing-masing,8 ; 1, dan 1,2. Perbedaan setiap type balok antara lain; arah sengkang (vertikal dan miring 45 ), tulangan bagi (ρ V masing-masing %,,128%, dan,256%). Penulangan lentur dipakai 4φ1 mm pada daerah tarik dan 2φ1 mm pada daerah tekan, serta φ 6-1 mm untuk penulangan geser. Hasil penelitian diperoleh bahwa pemakaian tulangan bagi (ρ V =,256%) dapat meningkatkan kemampuan beban ultimit balok hingga 2%, pemakaian sengkang miring meningkatkan beban ultimit hingga 13%, sedangkan beban retak tidak begitu berpengaruh, bahkan pada beban retak diagonal justru terjadi penurunan beban. Beban ultimit terbesar terjadi pada rasio a/d =,8 yakni 14.8 kg. Rasio a/d yang makin besar akan dapat membuat gap antara beban ultimit dan beban retak makin besar. Kekakuan geser lebih tinggi dari kekakuan lentur balok untuk semua type balok dan rasio a/d, kecuali pada rasio a/d = 1,2. Kekakuan lentur balok terbesar adalah kg/cm pada balok dengan tulangan bagi (ρ V =,256%) sedangkan kekakuan geser terbesar adalah kg/cm pada balok dengan sengkang miring dan tulangan bagi (ρ V =,128%) dengan rasio a/d =,8 Kata kunci : balok tinggi - geser ultimit - kekakuan balok PENDAHULUAN Balok tinggi pada beton bertulang sering digunakan pada konstruksi beton antara lain pada balok penghubung, struktur lepas pantai (caisson, dermaga), dinding geser, dinding penahan, sistem pondasi (roof foundation), serta balok diafragma. Penggunaan balok tinggi yang ada sekarang ini belum menyentuh kepada fungsi dan peran dari balok tersebut, adanya balok yang ditumpangi kolom di atasnya sedangkan balok tersebut lebih 17

2 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vol. 17, No. 1, April 26 : difungsikan sebagai balok yang terlentur, bukan sebagai balok yang difungsikan untuk menerima beban geser yang besar. Penulangan geser yang kurang mencukupi serta terkesan hanya memenuhi syarat penulangan minimum saja, walaupun pada titik beban dimana terjadi konsentrasi geser yang cukup besar. Pemanfaatan balok-balok pracetak pada diafragma jembatan yang justru diberi gaya aksial dengan sistem prategang, menyebabkan fungsi geser menjadi berkurang. Persyaratan dimensi panjang dan penampang balok balok tinggi, menyebabkan kurang kakunya tersebut, sehingga jika salah pemakaian justru akan membuat keruntuhan balok sebelum mencapai beban maksimal. Berdasarkan kriteria dan persyaratan rasio bentang geser dan tinggi balok (a/d) dikenal adanya ; balok lentur (slenderness beam), intermediate beam, balok pendek (short beams) serta balok tinggi (deep beams). Bentang geser yang dimaksud adalah bagian dari panjang balok yang menerima tegangan geser pada arah yang sama akibat beban-beban yang bekerja. Kriteria balok tinggi jika rasio a/d kurang dari 1, balok pendek rasio a/d antara 1 sampai 2,5 serta a/d lebih dari 2,5 masuk kategori balok lentur. Penelitian ini bertujuan melihat bagaimana pengaruh dari rasio a/d yang bervariasi, arah penulangan geser serta pemberian tulangan bagi pada balok tinggi terhadap kemampuan geser balok dan kekakuan balok. TINJAUAN PUSTAKA Pemakaian serat karbon polimer (CFRP) yang ditempel pada sisi samping balok tinggi sebagai perkuatan geser dapat meningkatkan kapasitas geser 5% sampai 1% untuk balok dengan satu titik beban di tengah bentang, sedangkan peningkatan 4% sampai 66 % diperoleh pada dua titik beban. Demikian juga penempatan posisi atau arah CRFP juga mempengaruhi kapasitas geser balok tinggi, yakni peningkatan terbesar terjadi pada posisi CFRP 45 derajat terhadap sumbu balok, pada CFRP arah 9 derajat (arah vertikal) kapasitas geser meningkat 78% untuk satu titik beban dan 44% untuk dua titik beban, sedangkan pada sudut mendatar (nol derajat) tidak berpengaruh (hanya terjadi peningkatan sebesar 3%). Peningkatan daktilitas juga terjadi pada balok tinggi yang diberi CFRP pada arah 45 derajat dan arah vertikal hingga 2 kalinya (Zhang, etc., 24). Usulan perhitungan untuk balok tinggi yang berlobang pada bagian badan telah dibuat dengan mengacu pada model strutand-tie yang sederhana dimana pengaruh kemiringan penulangan geser menjadi pertimbangan utama. Penulangan geser yang miring berfungsi untuk menahan retak diagonal yang terjadi pada balok tinggi (Tan, etc., 24). Penyelidikan keruntuhan tekan geser telah dilakukan pada balok tinggi dengan mengambil variasi rasio a/d antara 1, sampai 2,5 dengan beban satu titik dan beban dua titik pada balok. Dijelaskan bahwa mutu beton, rasio penulangan utama, rasio penulangan geser pada rasio a/d 1, sampai 2,5 akan mempengaruhi keruntuhan tekan geser pada balok tinggi (Zararis, 23). Telah dilakukan desain balok tinggi dengan metode CIRIA untuk memperkirakan geser ultimit yang terjadi. Variabel yang diberikan antara lain ; ratio a/d antara,27 sampai 2,7 ; rasio penulangan utama (1,23% sampai 5,8%), jumlah penulangan geser dan mutu beton 18

3 yang digunakan antara 25 sampai 1 MPa (Leong and Tan, 23). Perkiraan lokasi dan daerah keruntuhan tekan geser juga dapat dilakukan pada balok tinggi dengan memakai metode AE, dengan cara mengukur besarnya energi lokal dari sensor-sensor yang ditempelkan pada permukaan beton. Evaluasi daerah keruntuhan dapat diketahui dari pengujian tekan uniaxial pada balok berdasarkan amplitudo maksimum yang diukur dari tegangan maksimum. Panjang daerah keruntuhan balok hasil pengujian ternyata lebih dari 3% dari hasil pengukuran sensor yang dilakukan dari berbagai bentuk dan ukuran benda uji (Watanabe, 22). Pengaruh letak beban dengan penulangan geser yang berbeda pada balok tinggi dari beton mutu tinggi (f c > 55 MPa) juga telah diteliti, dimana dilakukan pengujian dengan meletakkan beban seluruhnya pada tepi atas balok, dan semua pada tepi bawah balok serta kombinasi tepi atas dan tepi bawah balok dengan ratio P top /P bottom masing-masing 1:1 dan 2:1. Sedangkan variasi penulangan geser yang diteliti antara lain balok tinggi dengan tulangan utama yang dimiringkan, tulangan geser vertikal serta kombinasi tulangan geser vertikal dan horizontal. Penelitian ini juga menjelaskan bidang defleksi balok, lebar retak yang terbentuk, pola retak, model keruntuhan, beban retak diagonal, kekuatan layan dan ultimit (Tan and Wei, 1999). METODE PENELITIAN Rancangan Penelitian Dibuat 15 (limabelas) balok dengan skala penuh berukuran (13x45x15) cm dengan penulangan seperti terlihat pada Gambar-2. Masing-masing 3 (tiga) balok diberi sengkang vertikal (BT-SV), 3 (tiga) balok dengan sengkang vertikal dan rasio tulangan bagi,128 % (BT-SV1), 3 (tiga) balok dengan sengkang vertikal dan rasio tulangan bagi,256% (BT-SV2), 3 (tiga) balok dengan sengkang miring (BT-SM), serta 3 (tiga) balok dengan sengkang miring dan rasio tulangan bagi,128% (BT-SM1). Balok diuji dengan dua titik beban (lihat Gambar-1) dengan rasio a/d diambil sebesar,8 ; 1, ; dan 1,2 dengan jarak titik beban terhadap tumpuan balok masing-masing berjarak 3 cm, 37,5 cm dan. Mutu beton yang digunakan 34 MPa dan mutu baja 386 MPa untuk tulangan lentur diameter 1 mm dan 36 MPa untuk sengkang diameter 6 mm. Peralatan Penelitian Peralatan yang digunakan untuk pengujian antara lain ; loading frame kapasitas 25 ton, hidraulic jack dan pump hidrolis kapasitas 5 ton, load cell kapasitas 3 ton dilengkapi digital load indicator, dial gauge dengan ketelitian,1 mm, crack detector dengan ketelitian,2 mm, electrical strain gauge beserta digital strain indicatornya. Setting Pengujian Pengujian balok uji dilakukan dengan memakai Loading Frame seperti terlihat pada Gambar-3. Pembacaan yang dilakukan pada pengujian antara lain ; data beban yang diberikan setiap kenaikan 1 kg untuk mengetahui beban retak awal, beban retak diagonal, beban ultimit, defleksi pada titik beban, regangan pada tulangan baja. Pengamatan yang dilakukan pada pola retak yang terjadi mulai retak awal sampai kondisi ultimit tercapai, dengan membaca lebar dan panjang retak setiap interval kenaikan beban. Perkembangan retak balok dilakukan dengan cara melakukan plotting mulai retak ke-1, retak ke-2 dan seterusnya pada balok sampai tercapai kondisi ultimit. 19

4 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vol. 17, No. 1, April 26 : a a d 15 cm Gambar 1. Pembebanan Pada Balok Uji Lokasi strain gauge φ 6-1 mm 2 φ 1 mm BT-SV 4 φ 1 mm BT-SV1 15 cm φ 6-1 mm 15 cm φ 6-1 mm 2 φ 1 mm 2 φ 6 mm 4 φ 1 mm 2 φ 1 mm BT-SV2 4 φ 6 mm 15 cm φ 6-1 mm 2 φ 1 mm BT-SM 4 φ 1 mm BT- baja Keterangan : strain gauge 15 cm φ 6-1 mm 15 cm 2 φ 1 mm 2 φ 6 mm 4 φ 1 mm Gambar 2. Penulangan Pada Balok Uji 2

5 Separator Load Frame Pin supporting a Dial gauge Loading Frame Hidraulic-Jack Load cell Balok-uji L = 15 cm Gambar-3 : Set-up Pengujian Balok Load Indicator Hidraulic Pump HASIL DAN PEMBAHASAN Balok tinggi yang dibebani dengan dua titik beban dengan ratio a/d yang lebih kecil akan memiliki kemampuan menerima beban lebih besar. Dari Tabel-1 dan Gambar-4(b) terlihat bahwa terjadi kenaikan beban retak maupun beban ultimit balok hampir pada semua type balok dengan rasio yang makin kecil, walaupun pada rasio a/d =,8 tidak terlihat adanya retak diagonal pada balok. Beban retak awal paling besar terjadi pada balok yang tidak diberikan tulangan bagi (BT- SV dan BT-SM) dengan a/d =,8, yakni masing-masing 7.9 kg dan 7.6 kg. Beban ultimit terbesar terjadi pada hampir semua type balok dengan rasio a/d =,8 yakni 14.8 kg kecuali balok BT- SV1. Sedangkan untuk balok dengan rasio a/d = 1, dan 1,2 beban ultimit terbesar terjadi pada balok BT-SV2. Dari hasil tersebut terlihat bahwa peningkatan beban retak tidak bergantung pada bagaimana bentuk penulangan geser dan jumlah tulangan bagi. Bahkan balok yang memiliki jumlah penulangan minimum, tanpa tulangan bagi akan memberikan hasil yang relatif baik. Berbeda dengan beban ultimit balok dimana terlihat jelas pengaruh dari jumlah tulangan bagi yang relatif banyak akan meningkatkan beban ultimit balok, sedangkan arah penulangan tidak begitu berpengaruh, termasuk pemakaian sengkang miring. Kenaikan beban ultimit balok dapat mencapai ratarata 2 % dibandingkan dengan balok tanpa tulangan bagi dan meningkat ratarata 13 % jika dibandingkan dengan balok yang diberi sengkang miring saja. Rasio a/d juga sangat mempengaruhi kemampuan balok pasca retak hingga mencapai kondisi ultimit. Pada balok dengan rasio a/d yang makin besar memberikan gap yang makin besar juga pada bebannya. Pada balok dengan rasio a/d = 1,2 beban ultimit dapat mencapai hingga 3,5 kali beban retak awalnya, rasio a/d = 1, dapat mencapai 2,5 kali beban retaknya. Hal tersebut tidak berlaku pada balok dengan a/d =,8 karena pada pengujian balok belum dicapai kondisi ultimitnya. 21

6 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vol. 17, No. 1, April 26 : Tabel-1 : Data pembebanan pada balok tinggi Type Beban retak awal (kg) Beban retak diagonal (kg) Beban ultimit (kg) balok a/d=.8 a/d=1 a/d=1.2 a/d=.8 a/d=1 a/d=1.2 a/d=.8 a/d=1 a/d=1.2 BT-SV ** ** BT-SV ** ** BT-SV ** BT-SM ** BT-SM **) retak diagonal tidak bisa diamati 2 a/d=.8 a/d=1 a/d=1.2 2 Two-point Loading (a/d =.8) Beban ultimit (kg) Beban (kg) first crack ultimit diagonal crack Type balok Beban retak diagonal (kg) a/d=.8 a/d=1 a/d=1.2 Beban (kg) Two-point loading (a/d = 1.) First crack Ultimit diagonal crack Type balok Beban retak awal (kg) a/d=.8 a/d=1. a/d=1.2 Beban (kg) Two-point Loading (a/d = 1.2) First crack ultimit diagonal crack Type balok (a) Kurva kondisi beban type balok (b) Kurva beban type balok thd rasio a/d Gambar-4 : Hubungan beban terhadap type balok 22

7 Pada balok tinggi kemampuan menerima gaya geser lebih dominan dibandingkan gaya-gaya lainnya, hal ini dapat dilihat dari kemampuan balok yang cukup besar menerima gaya geser. Pada balok tinggi retak pertama selalu terjadi pada tengah bentang di daerah tarik atau pada sisi bawah balok akibat lenturan. Retak tersebut akan cenderung bertambah kearah tekan balok atau ke sisi atas balok, seiring dengan kenaikan beban pada balok. Pada beban tertentu retak yang terjadi pada daerah geser akan berubah kearah diagonal balok pada bagian tengah-tengah tinggi balok. Hal ini menjelaskan terjadi peralihan pola retak dari retak lentur ke retak geser. Beban saat peralihan ini disebut dengan beban retak diagonal yang menyatakan batas kemampuan geser yang dapat diterima penampang beton. Tidak semua beban retak diagonal tersebut dapat diamati dengan baik dan jelas, kadang ada type balok yang justru retak diagonalnya tidak muncul sampai tercapai beban ultimit balok, seperti pada balok-balok dengan sengkang vertikal untuk rasio a/d =,8 dan 1,. Selain retak geser berupa retak diagonal, kondisi awal terjadinya retak geser pada balok dapat juga terjadi didaerah tumpuan, yakni pada balok BT-SV1 (a/d =,8 dan 1,), BT- SV2 (a/d = 1,2), BT-SM (a/d = 1,2) dan BT-SM1(a/d =,8 dan 1,). Ada juga retak geser yang tidak muncul sama sekali hingga tercapai ultimit balok, yakni balok BT-SV (a/d =,8 dan 1,), BT-SV2 (a/d =,8) dan BT-SM (a/d =,8). Penambahan tulangan bagi dan perubahan arah sengkang mengakibatkan terjadinya penurunan beban retak diagonal, atau kemampuan geser menjadi berkurang, baik pada ratio a/d = 1, maupun 1,2. Beban retak diagonal terbesar terjadi pada balok BT-SM1 (a/d =,8), yakni 11.8 kg. Pada balok tinggi yang dibebani dengan dua titik beban terlihat bahwa kekakuan lentur yang terjadi lebih kecil kekakuan geser balok, kecuali pada balok dengan sengkang miring (BT-SM dan BT-SM1) dengan rasio a/d = 1,2 dimana kekakuan lentur hampir sama dengan kekauan geser balok. Adanya penulangan bagi akan meningkatkan kekakuan lentur balok, dimana nilai terbesar kg/cm terjadi pada balok BT-SV2 rasio a/d =,8 dengan kenaikan melebihi 2 kalinya (kenaikan hampir 229%) dibandingkan dengan balok tanpa tulangan bagi pada rasio a/d yang sama. Tetapi pada balok yang diberi sengkang miring, pemakaian tulangan bagi justru mengurangi kekakuan lentur. Pemakaian sengkang miring dan tulangan bagi pada balok tinggi akan meningkatkan kekakuan geser balok pada rasio a/d = 1,2, sedangkan pada rasio a/d = 1, kenaikan yang terjadi hampir tidak signifikan. Kekakuan terbesar terjadi pada balok BT-SM1 dengan rasio a/d =,8 yakni sebesar kg/cm. 23

8 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vol. 17, No. 1, April 26 : Tabel-2 : Data kekakuan lentur dan kekakuan geser balok Retak Lentur Retak Diagonal Kekakuan Balok Type Ratio dcrack dcrack (kg/cm) Balok a/d Pcrack Pcrack (x,1 cm) (x,1 cm) (kg) (kg) d1 d3 d1 d3 K-lentur K-geser, * 19,292 BT-SV * 18,987 1, ,869 12,194, * 17,945 BT-SV ** 11,186 1, ,591 14,141, * 63,551 BT-SV ,36 35,951 1, ,37 29,193, ** 71,698 BT-SM ,737 39,91 1, *) , 32,266, ,198 63,12 BT-SM *) ,686 39,542 1, ,794 46,99 Catatan : * tidak terjadi retak diagonal *) retak geser dan gagal terjadi pada tumpuan Kekakuan (kg/cm) 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, KEKAKUAN LENTUR BALOK a/d =,8 a/d = 1, a/d = 1,2 KESIMPULAN Bentuk penulangan geser dan pemakaian tulangan bagi pada balok tinggi akan meningkatkan kemampuan beban ultimit balok, kenaikan mencapai 2% pada balok dengan tulangan bagi dan 13% pada balok dengan sengkang miring. Beban ultimit terbesar terjadi pada rasio Kekakuan (kg/cm) 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, KEKAKUAN GESER BALOK a/d = 1.2 a/d = 1 a/d =.8 Gambar-5 : Hubungan kekakuan balok dengan type balok a/d =,8 hampir disemua type balok, dengan nilai mencapai 14.8 kg. Tetapi penulangan geser dan tulangan bagi tidak begitu berpengaruh terhadap beban retak awal yang terjadi bahkan mengakibatkan penurunan pada beban retak diagonal balok. Sedangkan rasio a/d hanya akan mempengaruhi kemampuan balok pasca 24

9 retak balok, yakni beban ultimit mencapai 3,5 kali dari beban retak awal untuk a/d = 1,2 dan 2,5 kalinya untuk rasio a/d = 1,. Pada balok tinggi kekakuan lentur balok lebih rendah dari kekakuan gesernya kecuali pada balok yang diberi sengkang miring dengan rasio a/d = 1,2 nilai kekakuan tersebut hampir sama. Penambahan tulangan bagi akan meningkatkan kekakuan lentur, dimana nilai terbesar terjadi pada BT-SV2 dengan rasio a/d =,8 yakni kg/cm dengan kenaikan hampir 2 kalinya dibandingkan balok tanpa tulangan bagi. Pada balok dengan tulangan bagi dan sengkang miring dimana rasio a/d =,8 kekakuan geser balok terjadi paling besar yakni kg/cm. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih atas seluruh pembiayaan penelitian ini yang merupakan bagian dari Program Hibah Kompetisi A2, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta untuk Tahun Anggaran 25. DAFTAR PUSTAKA Leong, C.L., and Tan. K.H, 23, Proposed Revision on CIRIA Design Equation for Normal and High Strength Concrete Deep Beams, Magazine of Concrete Research, Vol.55 Issue.3, pp Tan, K.H and Weng, L.W, 1999, High-strength Concrete Deep Beams with Different Web Reinforcement under Combined Loading, Australian Conference on the Mechanics of Structures and Materials, 8-1 December 1999, Sydney. Watanabe, Ken., Mitsuyasu Iwanami, Hiroshi Yokota, and Junichiro Niwa, 22, Estimation of The Localized Compressive Failure Zone of Concrete by AE Method, Proceeding of the 1 st fib Congress, Osaka, Session 13, October 22, pp Zhang, Z., C.T.Hsu, and John Moren, 24, Shear Strengthening of Reinforced Concrete Deep 25