PERILAKU STATIS STRUKTUR BETON PRACETAK DENGAN SISTEM SAMBUNGAN BASAH Hery Riyanto Dosen tetap jurusan Teknik Sipil Universitas Bandar Lampung

Transkripsi

1 PERILAKU STATIS STRUKTUR BETON PRACETAK DENGAN SISTEM SAMBUNGAN BASAH Hery Riyanto Doen tetap juruan Teknik Sipil Univerita Bandar Lampung Abtrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perilaku tati elemen truktur balok beton bertulang praetak yang diambung dengan ambungan baah. Benda uji yang digunakan adalah balok beton bertulang 30 MPa dengan 6 buah tulangan utama diameter 8 mm yang diletakkan di ata dua tumpuan endi rol pada maing-maing ujungnya mempunyai penampang primati egi empat 10x18 m 2. Sambungan baah adalah ambungan yang menggunakan bahan beton polimer 40 MPa dengan metoda penyambungan menggunakan metoda prepaked. Kajian perilaku tati pada model benda uji untuk mengetahui kekuatan lentur truktur, kekakuan dan pola retak truktur balok akibat beban tati yang diletakkan di tengah bentang. Beban tati adalah beban mempunyai arah dan bear tetap. Hail kajian truktur beton yang diambung kemudian dibandingkan dengan truktur yang tanpa ambungan (monolit). Kekuatan balok dengan ambungan baah lebih keil daripada kekuatan balok monolit. Seiring dengan perkembangan pemakaian beton praetak ebagai elemen truktur bangunan di Indoneia dewaa ini yang ukup peat, maka perlu dukungan penelitian yang lebih banyak mengenai beton praetak. Salah atu bagian terpenting dari item truktur beton praetak yang perlu penelitian perilakunya adalah ambungan (joint). Sambungan berfungi untuk menghubungkan elemen-elemen truktur yang ama atau berbeda. Pada daarnya ada dua jeni ambungan pada item truktur beton praetak, yaitu ambungan baah (wet joint) dan ambungan kering (dry joint). Pada ambungan baah penyambungan dilakukan dengan ara grouting atau pengeoran di tempat dengan material yang ama atau berbeda, edang ambungan kering adalah ambungan yang menggunakan baut, paku keling atau la. Perubahan kekuatan yang diakibatkan oleh adanya ambungan akan mempengaruhi perilaku item truktur praetak dalam merepon gaya tati. Jika ambungan diletakkan pada daerah momen makimum dan bahan penyambung lebih kuat dari bahan yang diambung, maka akan menyebabkan daya dukung truktur terhadap beban tati lebih bear. Selain faktor mutu bahan penyambung yang lebih baik dari bahan material yang akan diambung, faktor lain yang akan meningkatkan kekuatan ambungan adalah penambahan lua tulangan utama. Pada jeni ambungan baah dapat digunakan bahan beton polimer yang mempunyai kekuatan yang lebih baik dibanding beton biaa dan bahan ini dapat mengering lebih epat. Jumlah ambungan pada uatu item truktur juga akan mempengaruhi perilaku truktur. Perilaku Stati Struktur Beton Praetak Dengan Sitem Sambungan Baah (Hery Riyanto) 1

2 Perilaku tati uatu truktur adalah repon truktur akibat beban tati. Beban tati adalah beban yang mempunyai arah yang tetap. Repon truktur akibat gaya tati ini ditunjukkan dengan deformai yang terjadi pada truktur. Jika deformai yang terjadi udah menapai regangan retak, maka repon truktur akan menunjukkan fenomena retak. Dari pengamatan repon truktur akibat gaya tati dapat diketahui kekuatan truktur. Yang dimakud dengan kekuatan truktur adalah kemampuan truktur menerima beban luar yang bearnya makin meningkat hingga truktur menapai keruntuhan. Kemampuan truktur ditunjukkan dengan kekakuan truktur yang diperoleh dari hubungan antara gaya dan lendutan. Selain itu dapat diketahui perilaku tati lainnya yaitu pola retak truktur hingga menapai keruntuhan. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perilaku tati dan dinami elemen truktur beton bertulang praetak yang diambung dan diletakkan di ata dua tumpuan pada maing-maing ujungnya. Beban tati dan dinami diaplikaikan di tengah bentang. Perilaku tati yang dikaji adalah: Kekuatan truktur, kekakuan dan pola retak erta pengaruh jeni, letak dan jumlah ambungan terhadap perilaku tati. Pembataan Maalah Pada penelitian ini pengujian dilakukan terhadap benda uji berupa balok beton bertulang yang merupakan alah atu elemen truktur praetak. Balok beton bertulang praetak yang diuji adalah balok beton bertulang yang mempunyai ambungan. Sambungan yang digunakan adalah item ambungan baah (ambungan kuat). Bentuk penampang balok adalah peregi panjang primati dan item truktur diletakkan di ata tumpuan endi dan rol pada maingmaing ujungnya.. Beban tati yang beraal dari alat ervo hydrauli diaplikaikan melalui kontrol lendutan dan penambahan gaya tertentu eara perlahan. Lendutan yang terjadi dibatai hingga balok beton menapai keadaan ultimit atau gaya dihentikan aat lendutan menapai 20 hingga 25 mm. Sifat Lentur Beton Bertulang Semua material mempunyai ifat lentur aat menerima beban. Begitu juga untuk elemen truktur beton bertulang aat menerima beban. Jika truktur diberi beban pada titik tertentu dengan arah dan penambahan gaya yang tetap atau berubah maka truktur akan melentur membentuk deformai. Saat elemen truktur melentur maka ada bagian penampang yang mengalami gaya tekan dan bagian lain mengalami gaya tarik. Hubungan antara deformai dan gaya dapat dilihat dengan menggunakan data logger dan pembaan pada alat tekannya endiri. Pada truktur yang maih dalam daerah elati, jika beban dihilangkan maka truktur akan kembali pada poii emula. Namun jika truktur udah mengalami retak, jika beban dihilangkan akan terjadi ia deformai. Sebelum tulangan menapai leleh, truktur beton bertulang maih dapat menahan beban luar. Daktilita truktur terlihat dari panjangnya deformai mulai dari keadaan tulangan leleh hingga truktur runtuh (Gambar III.1). Beberapa aumi daar dari teori lentur adalah penampang akibat lentur tetap datar baik ebelum maupun eudah melentur dan regangan pada beton dan tulangan ama Jurnal Teknik Sipil UBL Volume 1 No. 1 Oktober 2010) 2

3 pada uatu titik yang ditinjau. Aumi lain adalah tegangan pada beton dan tulangan dapat dihitung dari kurva diagram tegangan-regangan untuk beton dan baja. Aumi terakhir adalah mengabaikan kekuatan tarik beton pada perhitungan lentur dan beton hanur pada aat regangan tekan menapai bata yaitu Fenomena retak pada truktur beton bertulang pati terjadi aat menerima beban lentur karena ifat beton yang tidak dapat menahan gaya tarik. Dari pola retak yang terjadi dapat diketahui apakah retak yang terjadi diakibatkan oleh gaya geer atau retak akibat lentur murni. Kemampuan elemen truktur menahan lentur dapat ditunjukkan dalam kapaita momen dengan analia gaya-gaya yang bekerja pada penampang. Pada penampang yang mendapat gaya lentur terdapat penampang beton tekan dan penampang tulangan tarik dan tekan. Kapaita momen penampang menunjukkan kemampuan truktur menahan gaya lentur dan tergantung dari mutu beton, lua penampang beton, mutu tulangan, letak tulangan, lua tulangan tarik dan tekan. Kapaita momen pada aat beton retak akan berkurang karena penampang tekan beton berkurang. Kapaita momen penampang benda uji dengan aumi tulangan tekan udah leleh dapat ditunjukkan ebagai berikut (Gambar III.2). Kapaita ambunngan baah Pada ambungan baah digunakan beton polimer 40 MPa dan diameter tulangan utama yang diambung 8 mm. Panjang bagian tulangan yang diambung adalah 100 mm (metoda penyambungan dibaha pada Bab IV). Pada daerah ambungan terjadi penulangan ganda karena tulangan dari maing-maing elemen balok yang akan diambung dilebihkan untuk penyambungan dengan mengikatnya menggunakan kawat beton. Efektif lua tulangan pada daerah ambungan lebih bear daripada lua tulangan balok yang akan diambung. Dengan demikian kapaita penampang pada daerah ambungan lebih bear daripada kapaita penampang balok yang akan diambung, dan hal ini euai dengan makud pembuatan ambungan yang kuat. momen D = tulangan leleh F = ultimit C = beban layan B = retak A = elati Gambar III.1. Kurva momen kurvatur kurvatur Perilaku Stati Struktur Beton Praetak Dengan Sitem Sambungan Baah (Hery Riyanto) 3

4 Elati, ebelum retak d y d penampang penampang tranformai tegangan (a) (b) d kd ε ε f f C C ε =f y /E regangan tegangan gaya-gaya f y () T kd ε a 0.85f f ε =f y /E f y regangan tegangan Gambar III.2 (a) penampang balok (b) ebelum retak: prilaku elati () etelah retak: retak awal (d) etelah retak: pada ultimit (d) Retak terjadi ketika modulu keruntuhan f r diapai pada erat daar balok. Bearnya momen retak adalah M r f r. I (III.1) y dan urvature aat retak adalah f r. E r (III.2) y Setelah retak, awal leleh k dimana C ' d' d 1/ 2 (III.3) 2 2 ' n 2 n ' n A, b. h ' A ' dan n b. h 1 f bkd (III.4) 2 E E Jurnal Teknik Sipil UBL Volume 1 No. 1 Oktober 2010) 4

5 C A f ' (III.5) ' Dari gaya tekan pada beton dan tulangan tekan maka dapat dihitung momen leleh, M y dan kurvatur aat leleh φ y (Gambar III.2). Setelah retak, pada beban ultimit Dengan aumi pada tulangan tekan juga terjadi leleh maka bearnya momen ultimit adalah (Gambar III.2.d) kurvatur eperti pada Gambar III.1. Kemudian dari pembebanan tahap pertama dimana beban dihentikan etelah balok mengalami retak awal dapat dihitung tinggi retak balok (h 2 ) pada aat beban dihentikan. Selain tinggi retak juga dapat dihitung lebar retak (ω) balok aat beban dihentikan (Gambar III.3). (III.8) f. 3 d. A M u a 0.85 f ' abd A ' f ' d d' 2 (III.6) dimana h h u (III.7) Dari hail perhitungan aat elati, retak dan ultimit dapat dibuat grafik momen- d d h 1 h 2 (a) (b) () Gambar III.3 (a) penampang balok (b) diagram tegangan etelah terjadi retak () retak pada balok Perilaku Stati Struktur Beton Praetak Dengan Sitem Sambungan Baah (Hery Riyanto) 5

6 Sambungan Pada benda uji ini digunakan jeni ambungan baah dan kering. Sambungan baah adalah ambungan dengan melakukan pengeoran di tempat pada lokai ambungan menggunakan bahan yang lebih baik dari bahan yang diambung. Sedangkan ambungan kering adalah ambungan menggunakan baut atau la. Letak ambungan untuk benda uji dengan atu buah ambungan terletak di tengah bentang berjarak 60 m dari tumpuan, edangkan benda uji dengan dua ambungan terletak pada epertiga bentang berjarak 40 m dari tumpuan (Gbr. IV.3). 10 m 40 m 40 m 40 m Balok dengan dua ambungan 60 m Balok dengan atu ambungan 60 m 10 m 120 m Balok meneru tanpa ambungan 10 m Gbr. IV.3. Letak ambungan pada benda uji Ada beberapa maam jeni ambungan baah dan ambungan kering, namun berdaarkan tudi literatur ebelumnya akan dipergunakan ambungan baah menggunakan beton polimer dengan ara prepaked dan ambungan kering menggunakan pelat baja dan penyambungan dengan menggunakan la litrik. Sambungan baah Sitem penyambungan elemen beton bertulang praetak ini adalah menggunakan ambungan baah dengan metoda prepaked. Elemen truktur beton bertulang yang akan diambung terlebih dahulu dietak dan pada bagian yang akan diambung tulangan utamanya dilebihkan untuk diambung dengan tulangan utama dari elemen balok lainnya (Gbr. IV.4). Sambungan tulangan utama diikat dengan kawat beton kemudian bagian ambungan ini dior dengan bahan beton polimer. Pada item prepaked agregat terlebih dahulu dimaukan pada ambungan, kemudian menggunakan tabung tekan kompreor eperti tampak pada Gbr. IV.5, pata polimer dimaukan ke ela-ela agregat. Sebelum agregat dimaukan dalam ambungan, ambungan terlebih dahulu ditutupi oleh multiplek di bagian bawah dan amping kanan dan kiri. Jurnal Teknik Sipil UBL Volume 1 No. 1 Oktober 2010) 6

7 18 m 10 m Elemen truktur 10 m Elemen truktur Tulangan Gbr. IV.4. Sambungan tulangan pada ambungan baah Elemen truktur Multiplek Agregat Tabung tekan Kompreor Gbr. IV.5. Metoda penyambungan ara prepaked Untuk menegah boornya pata polimer, bagian kayu lapi yang berhubungan dengan beton ditutup dengan ealent polimer. Setelah ealent udah kering, emua tulangan pada ambungan diolei dengan methyl ethyl keton peroxide, kemudian ke dalam etakan dimaukkan agregat kaar kering oven dengan ukuran merata antara 10 ampai dengan 20 mm. Dari bagian amping yang telah dibor lalu dimaukan elang dengan kendali keran untuk memaukan pata polimer dengan filler fly-ah. Pata polimer ebelum dimaukkan ke dalam tabung tekan haru diaduk hingga merata untuk menegah adanya butiran padat dari filler fly ah. Pengaliran pata polimer dari dalam tangki ke dalam etakan prepaked dilakukan dengan bantuan kompreor bertekanan kurang lebih 2 bar. Dengan menggunakan beton polimer penyambungan elemen beton praetak dapat dilakukan eara epat. Tergantung dari jumlah methyl ethyl ketone peroxide pengeraan dapat diperepat hingga 15 menit. Pada pembuatan benda uji ini pengeraan terjadi etelah waktu tiga jam. Gbr. IV.6 menunjukkan etakan benda uji balok dan tulangan pada daerah ambungan ebelum dilakukan menyambungan dengan metoda prepaked. Perilaku Stati Struktur Beton Praetak Dengan Sitem Sambungan Baah (Hery Riyanto) 7

8 Gbr. IV.6. Sambungan baah (earah jarum jam): etakan benda uji, tulangan pada ambungan, benda uji yang iap diuji dan ambungan etelah proe penyambungan ara prepaked. Kapaita penampang pada daerah ambungan lebih bear dari pada kapaita penampang pada balok yang akan diambung. Adanya tulangan ganda pada ambungan dan bahan penyambung mengunakan bahan beton polimer 40 MPa merupakan penyebab lebih bearnya kapaita penampang pada daerah ambungan daripada daerah balok yang akan diambung. Tulangan utama pada daerah ambungan bekerja eara penuh karena panjang loop pada ujung ambungan menukupi untuk terjadinya leleh pada tulangan agar tulangan lepa dari bahan penyambung. Pada gambar di bawah terlihat mekanime keruntuhan pada ambungan dengan loop tulangan penyambung (Gambar IV.7). Pada mekanime keruntuhan pada ambungan baah akibat gaya tarik pada baja tulangan T terjadi keruntuhan pada beton polimer ebagai bahan ambungan. Keruntuhan yang terjadi berupa bidang membentuk udut 45 o terhadap arah gaya tarik yang akan mengalami gaya tarik ebear f, yaitu 1 ' f f (IV.1) 3 Bearnya gaya tarik yang diperlukan meruntuhkan atau melepakan beton polimer dengan lua bidang A r adalah T A. f (IV.2) r Jika bearnya gaya T lebih bear daripada gaya T aat leleh, maka tulangan ambungan bekerja eara penuh dan pada analii kapaita penampang jumlah tulangannya adalah dua kali jumlah tulangan balok beton bertulang yang akan diambung. Jurnal Teknik Sipil UBL Volume 1 No. 1 Oktober 2010) 8

9 Hail Pengujian Stati Pada pengujian tati didapat hubungan antara beban dan lendutan. Dari grafik antara beban dan lendutan dapat dihitung kekakuan balok dengan menghitung kemiringan grafik. Perubahan regangan pada beton tekan dan tarik terhadap beban juga dapat diketahui dari pembaaan data logger. Seara keeluruhan hail pengujian tati berupa kekakuan balok (Tabel V.6) adalah ebagai berikut : No Tabel V.6. Kekakuan balok pada kondii elati, retak dan runtuh. Nama Balok Kekakuan (kn/mm) Elati Retak Relative thd elati Ultimit 1. Balok dengan dua buah ambungan baah 1 BG1 2,80 1,45 51% 0,10 4% 2 BG2 2,50 1,90 76% 0,07 3% 3 BG3 2,70 1,75 65% 0,07 3% 4 BG4 2,90 2,40 82% 0,20 6% 2. Balok dengan atu buah ambungan baah 5 BT1 2,90 1,84 63% 0,11 4% 6 BT2 2,80 2,04 73% 0,11 4% 7 BT3 2,20 1,68 76% 0,14 6% 8 BT4 2,20 2,00 91% 0,11 5% 3. Balok dengan dua buah ambungan kering 9 KG1 2,20 1,82 77% 0,15 8% 10 KG2 1,90 1,70 84% 0,12 6% 11 KG3 2,40 1,80 83% 0,12 7% 12 KG4 2,50 1,95 93% 0,13 9% 4. Balok dengan atu buah ambungan kering 13 KT1 2,70 2,20 93% 0,12 6% 14 KT2 2,80 2,00 92% 0,04 3% 15 KT3 2,30 1,75 80% 0,05 3% 16 KT4 2,60 2,40 95% 0,08 5% 5. Balok tanpa ambungan (monolit) 17 MC1 2,70 2,00 58% 0,20 7% 18 MC2 2,80 2,40 75% 0,20 8% 19 MC3 2,80 2,40 95% 0,17 6% 20 MC4 2,90 2,70 96% 0,14 5% Relative thd elati Perilaku Stati Struktur Beton Praetak Dengan Sitem Sambungan Baah (Hery Riyanto) 9

10 Keimpulan Dari hail kajian analitik dan uji ekperimental terhadap 20 buah benda uji yang terdiri dari balok dengan atu ambungan baah, balok dengan dua ambungan baah, balok dengan atu ambungan kering, balok dengan dua ambungan kering dan balok monolit maing-maing berjumlah 5 buah, maka dapat ditarik beberapa keimpulan yaitu: Kekuatan Penggunaan beton polimer ebagai bahan penyambung ambungan baah dan adanya penulangan ganda pada ambungan terebut menyebabkan kekuatan bahan ambungan lebih bear daripada kekuatan bahan elemen truktur yang diambung. Momen pada daerah tengah bentang (daerah pengujian) mempunyai bearnya tegangan yang ama. Namun karena harga modulu elatiita bahan penyambung lebih bear daripada modulu elatiita balok yang akan diambung, maka regangan yang terjadi pada balok lebih bear daripada regangan pada ambungan. Pada balok monolit homogenita material yang baik menyebabkan tegangan epanjang balok dipikul oleh kekuatan yang ama. oleh karena itu balok monolit lebih kuat terhadap beban tati yang bekerja pada tengah bentang daripada balok dengan ambungan. Balok dengan ambungan kering terdapat reduki lua penampang ebear 20 % dan hal ini mempengaruhi kekuatan balok. Namun pengurangan lua penampang terebut pada kenyataannya hanya menyebabkan penurunan kekuatan ebear 10 % dari kekuatan beton normal tanpa ambungan. Kekakuan Kekakuan yang didefiniikan ebagai tangenial dari kemiringan grafik antara beban dan lendutan menunjukkan perbedaan hail pengamatan untuk berbagai jeni balok benda uji yang dikaji (Gambar VI.2). Pada daerah elati kekakuan rata-rata yang terbear adalah balok tanpa ambungan, 2.83 kn/mm, kemudian diuul balok dengan ambungan baah, 2.63 kn/mm, dan yang terendah kekakuannya adalah balok dengan ambungan kering, 2.37 kn/mm. Namun pada daerah retak kekakuan ratarata balok dengan ambungan kering, 1.95 kn/mm, adalah lebih bear daripada kekakuan balok dengan ambungan baah, 1.65 kn/mm. Pada daerah retak kekakuan balok monolit maih mempunyai harga paling tinggi, 2.47 kn/mm. DAFTAR PUSTAKA 1. Aitin, P.C. (1998) Highperformane onrete, E & FN Spon, London. 2. Beard, C.F. (1983) Strutural vibration analyi modelling analyi and damping of vibrating truture, John Wiley & Son, New York. 3. Beton Verlag (1987) Preat onrete onnetion detail - trutural deign manual, Beton Verlag Gmbh, Niederlande. 4. Elliot, Kim S. (1996) Multi-torey preat onrete framed truture, Blak Well Siene Ltd, Oney Mead, Oxford. Jurnal Teknik Sipil UBL Volume 1 No. 1 Oktober 2010) 10

11 5. Ma Gregor, Jame G. (1997) Reinfore onrete mehani and deign, Prentie-Hall, In., New Jerey. 6. Nahif, Ahid D. (1985) Vibration damping, John Wiley & Son In., Canada. 7. Ohama, Yohihiko (1995) Handbook of polymer-modified onrete and mortar, Noyer Publiation, New Jerey, USA. 8. Park, R., and Paulay, T. (1975) Reinfored onrete truture, John Wiley & Son, New York. 9. PT. JHS Pilling Sytem (1996) Preat onrete building ytem under eimi load, PCI Journal. 10. Smith, Ronald C. (1998) Priniple and pratie of heavy ontrution, Prentie-Hall, In., New Jerey. 11. Smith, William Fortune (1990) Priniple of material iene and engineering, M Graw-Hill Publihing Company, New York. 12. Verte Gyorgy, Dr. (1985) Strutural dynami Elevier Siene Publihing Company, In., New York, USA. Seimi Reitant Frame, Conrete International, November 1987, pp V.I. Babitky and A.M. Veprik (1993), Damping of Beam Fored Vibration By A Moving Waher, Journal of Sound and Vibration 166(1), Hery Riyanto (1993), Kajian Analitik dan Ekperimental dari Faktor Redaman Beton Mutu Tinggi dengan Modal Teting, Tei Program Magiter, Intitut Teknologi Bandung. 17. Suraatmadja D, Munaf DR, Hery Riyanto (1998), Pengujian Lentur Balok Beton yang Diambung Dengan Polimer, Proiding Pertemuan Ilmiah Sain dan Materi III, Serpong-Tanggerang, pp D. J. Ewin (1986), Modal Teting : Theory and Pratie, Bruel & Kjaer, Reearh Studie Pre Ltd., Lethworth, Hertfordhire, England. 19. S Jerath and MM.Shibani (1985), Dynami Stiffne and Vibration of Reinfored Conrete Beam, ACI Journal Marh- April 1985/No.2 Proeeding V John Stanton, Connetion in Preat Conrete Struture, Conrete International, November 1987, pp Antoine E. Naaman, Jame K. Wight, and Hoam Abdoe, SIFCON Connetion for Perilaku Stati Struktur Beton Praetak Dengan Sitem Sambungan Baah (Hery Riyanto) 11