EFEK SUHU TINGGI TERHADAP KAPASITAS LENTUR BALOK BETON BERSERAT KAWAT BAJA

Transkripsi

1 Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains 2014 EFEK SUHU TINGGI TERHADAP KAPASITAS LENTUR BALOK BETON BERSERAT KAWAT BAJA Antnius Jurusan Teknik Sipil Universitas Islam Sultan Agung (UNISSULA) Jl. Raya Kaligawe Km.4, Telp ext.582, Semarang Abstrak Siat mekanik betn berserat diketahui mempunyai perilaku yang sangat daktail dibandingkan siat-siat pada betn nrmal sehingga betn berserat mempunyai peranan yang signiikan utuk meningkatkan daktilitas struktur. Namun demikian betn berserat kawat baja sangat sensiti apabila berada pada suhu tinggi. Paper ini membahas kemampuan balk betn berserat dalam menahan beban lentur, dimana diterapkan pada balk yang berada pada suhu tinggi. Pengujian pada balk dilakukan dengan meninjau parameter tulangan tekan dan suhu (nrmal, 300 C, 600 C dan 900 C). Pembebanan pada balk berupa beban dua titik seara simetris sehingga dihasilkan keruntuhan lentur murni. Hasil pengujian lentur dibandingkan dengan prediksi kapasitas lentur balk yang menggunakan mdel tegangan-regangan yang telah dikembangkan, dimana akurasi prediksi kapasitas mmen balk pada berbagai suhu relati baik. Hasil pengujian balk seara umum menunjukkan bahwa terjadi penurunan kapasitas beban pada balk apabila suhu yang diterapkan meningkat meskipun tidak signiikan. Kata-kata kuni: betn berserat, balk, lentur, suhu tinggi 1. Pendahuluan 1.1. Latar belakang Keamanan struktur apabila terjadi kebakaran merupakan syarat utama agar struktur tidak runtuh seara tiba-tiba. Kebakaran yang terjadi pada suatu gedung yang terbuat dari betn bertulang dapat menyebabkan kehilangan kekuatan dan adakalanya dapat menyebabkan keruntuhan struktur seara keseluruhan. Struktur yang menggunakan material betn harus mampu menegah perambatan panas akibat kebakaran sehingga diharapkan struktur masih tetap survive dan rang yang berada di dalam bangunan sempat menyelamatkan diri. Penelitian mengenai ketahanan betn nrmal (tanpa serat) terhadap kebakaran telah banyak diteliti, diantaranya leh Phan dkk. (2001), Phan & Carin (2002) maupun leh Aslani & Bastami (2011). Hasil penelitian tersebut pada umumnya berisi rekmendasi ataupun persyaratan ketahanan struktur betn terhadap suhu tinggi. Di lain pihak, seara gegrais wilayah Indnesia sebagian besar berptensi mengalami gempa sehingga di dalam desain struktur parameter daktilitas merupakan syarat utama. Struktur yang daktail seara material salah satunya dapat diapai dengan menggunakan bahan yang mempunyai kemampuan dermasi seara signiikan tanpa mengalami degradasi kekuatan yang berarti. Betn berserat kawat baja diketahui mempunyai siat yang daktail karena kmpsisi matrix antara bahan penyusun betn dengan serat kawat baja dapat mengntrl keruntuhan betn. Beberapa persamaan desain betn berserat kawat baja telah diusulkan sebagai alternati dalam desain kmpnen struktur betn [Antnius & Setiyawan, 2006; Cement & Cnrete Institute, 2010]. Namun demikian aplikasi betn berserat kawat baja dalam kmpnen struktur yang berada pada suhu tinggi masih perlu penyelidikan lebih mendalam agar dapat dipastikan tingkat keamanan struktur apabila mengalami kebakaran. TS-1

2 Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains Tujuan Mengingat struktur balk merupakan salah satu kmpnen utama dalam menahan maupun menyalurkan beban plat, maka paper ini membahas kapasitas lentur balk betn berserat kawat baja paska bakar yang bertujuan mengevaluasi tingkat degradasi balk tersebut pada suhu tinggi dan sangat tinggi. Selain itu juga akan dievaluasi akurasi prediksi kapasitas lentur balk betn berserat kawat baja pada berbagai suhu yang menggunakan persamaan desain yang telah dikembangkan. 2. Betn Pada Suhu Tinggi Siat termal betn nrmal (tanpa serat) lebih baik bila dibandingkan siat termal pada betn mutu tinggi. Mekanisme keruntuhan betn mutu tinggi mengalami explsive spalling yang lebih epat pada suhu 200 sampai 400 C [Phan dkk, 2001]. Lebih lanjut Phan & Carin (2002) mengungkapkan bahwa kuat tekan betn mutu tinggi berkurang 40% pada suhu 400 C. Sants dkk. (2009) mengungkapkan bahwa pada betn berserat yang dipanasi hingga suhu 300 C hanya terjadi retak pada permukaan betn. Apabila suhu yang diterapkan meningkat hingga 500 C maka betn berserat akan kehilangan kekuatannya sekitar 30%, dan betn berserat akan mengalami keruntuhan apabila suhu yang diterapkan adalah 600 C. Lebih lanjut Sants menjelaskan bahwa penggunaan serat plyprpylene lebih baik dalam menegah nrete spalling dibandingkan jenis serat lainnya. Namun betn berserat kawat baja diketahui lebih daktail dibandingkan serat plyprpylene tersebut karena serat kawat baja dapat mengntrl retak pada betn dengan lebih baik. Penyelidikan betn berserat kawat baja paska bakar yang dilakukan leh Antnius dkk. (2014) mengungkapkan bahwa pada betn berserat kawat baja pada betn mutu nrmal 60 MPa penurunan kekuatan seara signiikan terjadi pada suhu 600 C. Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan, diusulkan mdel tegangan-regangan betn berserat kawat baja pada berbagai suhu. Kuat tekan betn yang direkmendasikan untuk betn mutu nrmal hingga betn mutu tinggi. Mdel tegangan-regangan untuk betn berserat hingga kuat tekan 55 MPa dijelaskan di bawah ini. Kurva pra-punak ( T ) adalah: H T T 1 T (1) Dimana H (2) 2 Dan kurva paska punak ( T ) adalah: 30( T ) T 1 (130 ) T Nilai kuat tekan betn ( T ) pada suhu tertentu dirumuskan sebagai berikut: T T 300 C : T T 300 C T 600 C : T T T 600 C : T (3) (4) TS-2

3 Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains 2014 Dan regangan betn ( T ) adalah: T T 300 C : T T 300 C T 600 C : T T T 600 C : T Regangan punak betn berserat ( ) diasumsikan sebesar (5) 3. Pengujian Lentur Balk Betn Berserat Penelitian ini menggunakan metde eksperimen di labratrium, dimana diranang balk betn berserat dengan meninjau parameter tulangan tekan dan variasi suhu yaitu suhu nrmal (±30 C), 300 C, 600 C dan 900 C Material Desain ampuran betn adalah berdasarkan SNI dengan target kuat tekan sekitar 55 MPa yang ditunjukkan pada Tabel 1. Kandungan serat kawat baja adalah 0,5% dari vlume betn. Tabel 1. Desain ampuran betn Materials target (55 MPa) Cement (Kg/m 3 ) Fly Ash (Kg/m 3 ) Water (Lt/m 3 ) 160 w/ 0.38 Visrete 0,5% (lt/m 3 ) Fine Aggregate (Kg/m 3 ) Carse Aggregate (Kg/m 3 ) Spesimen balk Detail penulangan balk terlihat pada Gambar 1. Spesimen balk dibagi dua jenis utama yaitu balk tanpa tulangan tekan pada daerah lentur yang diberi kde NT, dimana terdapat empat buah balk yaitu balk kntrl (tanpa dibakar) dengan kde NT Kntrl, dan balk yang dibakar pada suhu 300 C, 600 C dan 900 C, yang masing-masing diberi kde NT300, NT600 dan NT900. Balk jenis kedua adalah balk yang dipasang tulangan tekan di daerah lentur. Sama halnya dengan jenis balk pertama di atas, balk jenis kedua ini juga terdiri dari balk kntrl yang diberi kde T Kntrl, dan balk yang dibakar masing-masing mempunyai kde T300, T600 dan T900. a. Balk Jenis NT (Tanpa tulangan tekan pada daerah lentur) TS-3

4 Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains 2014 b. Balk Jenis T (Dengan tulangan tekan pada daerah lentur Gambar 1. Sketsa jenis balk lentur 3.3. Pembakaran spesimen dan skema pembebanan Pembakaran benda uji dilaksanakan setelah betn menapai umur 120 hari. Balk diuji dengan metde dua beban titik (tw pint lad) dengan sistim pengujian adalah Kntrl Dermasi (Dermatin-Kntrl). Untuk memperleh pengamatan yang teliti maka pembebanan pada balk diberikan seara bertahap dalam siklus tertentu yaitu setiap 200 kg melalui Hidrli Jak. Dial Gauge digunakan untuk mengetahui besarnya lendutan/deleksi yang terjadi pada balk betn serat saat prses uji. Gambar 2 memperlihatkan penempatan alat uji pada balk. 4. Hasil Eksperimen dan Pembahasan Mmen balk teritis dikalkulasi berdasarkan teri lentur balk, dimana perilaku betn pada berbagai suhu menggunakan mdel tegangan-regangan usulan leh Antnius dkk. (2014) di atas. Gambar 3 menunjukkan pla retak yang dminan berada di sekitar tengah bentang balk. Pla keruntuhan tersebut mengindikasikan bahwa balk mengalami keruntuhan lentur. Lading Frame Hydrauli Jak Lad ell Benda uji Data Lgger Dial Gauge Gambar 2. Skema pembebanan lentur TS-4

5 Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains 2014 Gambar 3. Keruntuhan lentur hasil eksperimen 4.1. Kapasitas mmen Tabel 2 memperlihatkan mmen teritis dan mmen hasil eksperimen pada setiap spesimen. Rasi mmen teritis terhadap mmen eksperimen balk kntrl tanpa tulangan tekan (NTK) mempunyai nilai 0,897, dimana nilai tersebut menunjukkan perbedaan sekitar 11% antara prediksi teritis terhadap hasil pengujian. Prediksi mmen balk pada suhu 300 C mendekati mmen hasil eksperimen yaitu hanya berbeda kurang dari 1%. Pada spesimen NT600 perbedaan antara mmen teritis terhadap mmen eksperimen adalah sekitar 7%, namun untuk spesimen NT900 terjadi deviasi sekitar 19%. Seara umum nilai M teritis / M eksp. untuk balk betn berserat kawat baja jenis NT relati masih ukup baik. Tabel 2. Mmen balk hasil analisis dan experimen N Spesimen Mmen (T-m) (MPa) M teritis M eksp. M teritis /M eksp. 1 NTK 55,897 1,148 1,279 0,897 2 NT300 38,05 1,145 1,153 0,993 3 NT600 28,383 1,124 1,049 1,071 4 NT900 23,792 1,119 0,940 1,190 5 TK 55,897 1,073 1,310 0,819 6 T300 38,05 1,075 1,224 0,878 7 T600 28,383 1,083 1,204 0,899 8 T900 23,792 1,085 1,024 1,059 Sama halnya dengan perbandingan nilai kapasitas mmen seara teritis terhadap hasil eksperimen pada balk tanpa tulangan tekan di atas, pada balk yang dipasang tulangan tekan juga memperlihatkan rasi M teritis / M eksp. rata-rata di bawah 10%. Hasil tersebut seara umum menunjukkan perbedaan antara hasil analisis terhadap hasil eksperimen relati ukup dekat. Selanjutnya berdasarkan data Tabel 2 di atas terlihat bahwa terjadi keenderungan penurunan kapasitas mmen hasil eksperimen apabila suhu yang diterapkan semakin tinggi. Pada semua spesimen, kapasitas mmen balk yang dipasang tulangan tekan masih lebih tinggi dibandingkan kapasitas mmen balk tanpa tulangan tekan (Gambar 4). TS-5

6 Beban P (Tn) Mmen (T-m) Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains ,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 NT T 0, Suhu ( C) Gambar 4. Degradasi kapasitas mmen vs suhu 4.2. Perilaku Beban Lendutan Balk kde NT Hubungan antara beban terhadap lendutan di tengah bentang pada balk tanpa tulangan tekan (NT) pada berbagai suhu diperlihatkan pada Gambar 5. Pada kurva tersebut ditunjukkan beban P terhadap lendutan (Δ) dari semua balk. Hingga beban ± 1,3 tn perilaku balk terlihat masih linier, dimana ditunjukkan balk tersebut belum retak. Selanjutnya balk mengalami perilaku nn linier, dimana mulai munul adanya retakanretakan sampai pada beban mena C menunjukkan ±2,8 tn. Setelah beban tersebut perilaku balk enderung mulai mengalami keruntuhan, dimana lendutan balk berjalan dengan epat sampai balk mengalami keruntuhan pada beban yang berbeda-beda, hal ini menunjukkan aktr suhu tinggi pada balk sangat berpengaruh terhadap kapasitas lentur balk NT Kntrl NT300 NT600 NT Lendutan tengah bentang; Δ (mm) Gambar 5. Hubungan beban vs lendutan pada balk nn tekan dengan variasi suhu. TS-6

7 Beban P (Tn) Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains Balk kde T Perilaku beban terhadap lendutan balk di tengah bentang untuk spesimen yang dipasang tulangan tekan ditampilkan pada Gambar 6. Seara umum pada pembebanan hingga ±1,4 tn perilaku balk masih linier, kemudian perilaku balk mengalami siat nn linier atau munulnya retakan sampai pada beban menapai ± 3,3 tn, keuali pada balk kntrl menunjukkan ± 3,7 tn. Setelah beban tersebut, deleksi balk mulai berjalan dengan epat hingga mengalami keruntuhan pada semua balk, dimana lendutan terbesar terjadi pada balk kntrl T Kntrl T300 T600 T Lendutan tengah bentang; Δ (mm) Gambar 6. Hubungan beban vs lendutan pada balk nn tekan dengan variasi suhu. 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Berdasarkan uraian hasil analisis maupun eksperimen di atas, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan di bawah ini. 1. Analisis kapasitas mmen balk betn berserat kawat baja yang menggunakan mdel tegangan-regangan yang diusulkan leh Antnius dkk. ukup akurat dalam memprediksi kapasitas mmen balk hasil eksperimen. 2. Kapasitas lentur balk betn berserat kawat baja yang dipasang tulangan tekan masih lebih tinggi dibandingkan kapasitas balk tanpa menggunakan tulangan tekan pada spesimen yang dari suhu nrmal hingga suhu tinggi, meskipun perbedaan tersebut tidak terlalu signiikan (<10%). 3. Seara umum deleksi di tengah bentang pada semua balk relati tinggi yang menandakan balk masih mempunyai perilaku daktilitas yang memadai. Perilaku ini dimungkinkan dari peranan serat kawat baja dalam mengntrl keruntuhan balk di setiap suhu Saran Betn berserat kawat baja merupakan salah satu bahan/material yang mempunyai prspek sangat baik dalam penggunaannya untuk struktur bangunan tahan gempa. Disarankan pengembangan penelitian lebih lanjut yang berkaitan dengan perilaku daktilitas struktur yang diberi beban statik maupun beban dinamik, termasuk perilaku pengekangan betn berserat kawat baja. TS-7

8 Seminar Nasinal Teknlgi dan Sains 2014 Uapan Terima Kasih Kegiatan eksperimental yang dilakukan di dalam penelitian ini adalah bagian dari penelitian Hibah Bersaing. Terima kasih disampaikan kepada DP2M Dikti atas dukungan inansial sehingga terlaksananya penelitian ini. Datar Pustaka 1. Antnius, Widhiant, A., Darmayadi, D. and Asari, G.D. (2014); Fire Resistane Nrmal and High-Strength Cnrete with Cntains Steel Fibre; Asian Jurnal Civil Engineering, Vl.15, N.5, Otber, pp Antnius, Darmayadi, D. dan Asari, G.D. (2013); Perilaku Mekanik Betn Berserat Baja pada Suhu Tinggi; Lap. Penelitian Hibah Bersaing TA 2013, Depdikbud. 3. Antnius dan Setiyawan, P. (2006); Kajian Besaran Mekanis Betn Berserat Mutu Tinggi (Studi Eksperimental); Jurnal Wahana Teknik Sipil, Pliteknik Neg. Semarang, Akreditasi N.49/Dikti/Kep./2003, Vl. 11 N.3, pp Aslani F, and Bastami M. (2011); Cnstitutive Relatinships r Nrmal- and High- Strength Cnrete at Elevated Temperatures, ACI Materials Jurnal, Vl. 108, pp ASTM C (1996), Test Methde r Flexural Strength Cnrete (Using Simple Beam with Tw-Pint Lading); Annual Bks ASTM Standards, USA, Badan Standardisasi Nasinal (2013), Persyaratan Betn Struktural untuk Bangunan Gedung, SNI Cement & Cnrete Institute (2010); Fiber Reinred Cnrete, The Cement & Cnrete Institute, Midrand. 8. Phan, L.T. and Carin, N.J. (2002); Eets Test Cnditins and Mixture Prprtins n Behavir High-Strength Cnrete Expsed t High Temperatures, ACI Materials Jurnal, Vl.99, N.1, pp Phan, L.T., Lawsn, J.R. and Davis, F.L. (2001); Eets Elevated Temperature Expsure n Heating Charateristis, Spalling, and Residual Prperties High Perrmane Cnrete, Materials and Strustures, Vl.3, Marh, pp Sants, S.O.; Rdrigues, J.P.C.; Tled, R. and Velas, R.V. (2009); Cmpressive Behaviur at High Temperatures Fibre Reinred Cnretes; Ata Plytehnia, Vl.49, N.1, pp Datar Ntasi = regangan betn = regangan punak betn T = regangan punak betn pada suhu tertentu = kuat tekan betn pada suhu nrmal = kuat tekan betn silinder 150/300 pada umur 28 hari T = kuat tekan betn pada suhu tertentu T = tegangan punak betn pada suhu tertentu T = suhu TS-8