PERILAKU BALOK BETON BERTULANG DENGAN TULANGAN KAYU PANGGOH (EKSPERIMENTAL) Gabe Sri Sutarti Sihombing 1, Besman Surbakti 2

Transkripsi

1 PERILAKU BALOK BETON BERTULANG DENGAN TULANGAN KAYU PANGGOH (EKSPERIMENTAL) Gabe Sri Sutarti Sihombing 1, Besman Surbakti 2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan gebbie.kyukyu@gmail.com Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan besmansurbakti@yahoo.com ABSTRAK Mengingat beton kuat menahan tekan dan lemah dalam menahan tarik, beton tidak dapat menahan gaya tarik melebihi nilai tertentu tanpa mengalami retak-retak. Untuk itu, agar beton dapat bekerja dengan baik dalam suatu sistem struktur, perlu dibantu dengan memberi perkuatan penulangan terutama untuk menggantikan tugas beton dalam menahan tarik yang timbul dalam sistem. Pada percobaan ini tulangan yang dipakai adalah kayu panggoh. Balok kemudian didesain secara ultimate, dimana balok diberi beban secara berkala hingga terjadi keruntuhan. Hal ini untuk mengetahui beban maksimal yang dapat dipikul oleh balok dengan meninjau tegangan dan regangan yang terjadi. Kemudian dibandingkan hasil secara teoritis dan hasil laboratorium. Dari hasil perhitungan secara teoritis beban runtuh balok beton bertulangan kayu panggoh adalah 15,145 ton sedangkan di laboratorium balok mengalami runtuh pada beban 15,2 ton dengan perbandingan,36% dari hasil teoritis. Dari hasil pengujian di laboratorium, sampel dengan beban maksimum 15 ton mengalami regangan sebesar,32 sedangkan dari secara teoritis balok mengalami regangan sebesar,32 pada beban sebesar 1358,11 kg dengan perbandingan 12,95% dari hasil teoritis. Kata kunci : kayu panggoh, kayu sebagai pengganti tulangan ABSTRACT Given concrete is strong to resist press and weak to withstand the pull, concrete can not withstand tensile force exceeds a certain value without causing cracks. For that matter, so that concrete can work well in a system structure, structure need reinforcement especially to replace the concrete task of stopping pull inherent in the system. In this experiment reinforcement used is wood named as panggoh. Then the beam is designed for ultimate beam, where the beam is periodically given to load the collapse occurred to know the maximum load that can be carried by beams to explore the tension and stretching that occurs. Then compare the results theoretically and laboratory results. From the results of theoretical calculations for the collapse load of concrete beams panggoh reinforcement was 15,145 tons while in the lab suffered collapsed beams at 15.2 ton load by comparison.36% of the theoretical yield. From the test results in the laboratory, the samples with a maximum load of 15 tons suffer big stretch of.32 while theoretically as large stretch stringer experience on a charge of.32 load of kg with 12.95% of the comparison of the theoretical results. Keywords: panggoh, wood as a substitute reinforcement Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 1

2 1. PENDAHULUAN Beton adalah bahan bangunan yang sering digunakan karena memiliki banyak kelebihan yang slah satunya adalah kuat menahan tekan. Namun beton juga memiliki kelemahan yaitu lemah dalam tarik. Dimana kuat tarik beton hanya berkisar 9% - 15% dari kuat tekannya (Dipohusodo, 1996). Hal tersebut biasanya diseimbangkan dengan memperkuat beton dengan batang tulangan baja untuk menahan gaya tarik yang terjadi. Kayu panggoh adalah nama lain untuk kulit pohon aren di wilayah Sumatera Utara, khususnya di Kabupaten Kar. Beton bertulang adalah struktur yang menggunakan dua jenis bahan yaitu beton dan tulangan yang keduanya digunakan secara bersamaan untuk bersama-sama menahan beban yang ada. Dimana beton dengan sifat yang kuat akan tekan namun lemah akan tarik haruslah dipadukan dengan bahan tulangan yang kuat akan tarik. Biasanya tulangan yang dipakai adalah baja, bambu dan juga kayu. Pada tugas akhir ini dilakukan penelitian terhadap kayu panggoh sebagai pengganti alternatif tulangan baja yaitu dengan mencari tahu terlebih dahulu sifat Mechanical Properties kayu panggoh kemudian melakukan kombinasi antara kayu dan beton dalam satu kesatuan struktur beton bertulang. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah panggoh dapat menggantikan tulangan baja berdasarkan beban maksimal yang dapat dipikul balok, regangan dan lendutan yang terjadi di laboratorium dan kemudian membandingkannya dengan hasil teoritis. Gambar 1. Pemodelan pemberian beban pada struktur balok beton bertulang Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 2

3 2. TINJAUAN PUSTAKA Kayu Panggoh Enau atau aren (Arenga pinnata, suku Arecaceae) adalah palma yang terpenting setelah kelapa (nyiur) karena merupakan tanaman serba guna. Semua bagian pohon ini dapat dimanfaatkan. Pohon aren merupakan jenis tumbuhan yang banyak hidup di bumi Indonesia. Kayu panggoh merupakan bagian dari pohon aren. Kayu panggoh adalah nama yang diberikan oleh masyarakat Karo, Sumatera Utara. Kayu panggoh adalah lapisan luar setelah ijuk. Dimana lapisan ini tidak begitu tebal dibandingkan bagian intinya. Namun bagian ini sangat keras. Masyarakat Karo dulunya sangat sering menggunakan kayu ini untuk digunakan sebagai kandang ternak mereka. Kayu ini tahan terhadap gigitan ternak bahkan pada kandang yang sudah lama pun kayu panggoh ini masih terlihat baik-baik saja. Kayu panggoh inipun dapat dilihat penggunaannya pada struktur rumah adat karo dan alat-alat pertanian merreka seperti cangkul dan pisau. Beton Beton adalah campuran antara semen portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk massa padat (SK SNI ). Campuran tersebut akan mengeras seperti batuan. Pengerasan yang terjadi akibat adanya peristiwa reaksi kimia antara semen dan air. Nilai dari kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum fc dengan satuan N/mm 2 atau Mpa. Beton akan meningkat kekuatannnya seiring dengan bertambahnya umur beton tersebut. Gambar 2. Diagram tegangan-regangan batang tulangan baja terhadap kuat tekan beton (Dipohusodo, 1996) Beton memiliki kuat tekan yang besar sementara kuat tariknya kecil. Oleh karena itu untuk struktur bangunan biasanya, beton selalu dikombinasikan dengan tulangan baja untuk memperoleh kinerja yang tinggi. Nilai kuat tarik beton hanya berkisar 9-15% kuat tekannya. Karena beton hanya kuat terhadap tekan maka biasanya beton hanya diperhitungkan mempunyai kerja yang baik di daerah tekan saja. Beton Bertulang Beton bertulang terdiri dari beton dan tulangan.mengingat beton kuat menahan tekan dan lemah dalam menahan tarik, beton tidak dapat menahan gaya tarik melebihi nilai tertentu tanpa mengalami retak-retak. Untuk itu, agar beton dapat bekerja dengan baik dalam suatu sistem struktur, perlu dibantu dengan memberi perkuatan penulangan terutama untuk menggantikan tugas beton dalam menahan tarik yang timbul dalam sistem. Pada gelagar balok bentang sederhana yang menahan beban mengakibatkan timbulnya momen lentur sehingga akan terjadi deformasi (regangan) lentur di dalam balok tersebut. Di dalam setiap struktur beton bertulang, harus diupayakan supaya tulangan dan beton dapat mengalami deformasi secara bersamaan, dengan maksud agar terjadi kompatibilitas regangan. Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 3

4 Regangan- regangan tersebut dapat mengakibatkan terjadinya tegangan-tegangan yang harus ditahan oleh balok, tegangan tekan pada bagian atas dan tegangan tarik pada bagian bawah. Apabila beban bertambah maka pada balok akan terjadi deformasi dan regangan tambahan, yang pada akhirnya terjadi keruntuhan elemen struktur. 3. METODOLOGI PENELITIAN Kayu terlebih dahulu diperiksa mechanical dan properties nya. Pengujian dan pemeriksaan yang akan dilakukan pada kayu tersebut mengacu kepada metode pengujian di Inggris BS 373 (1957) Metode Pengujian Contoh Kecil Kayu. (sumber : Desch, Dinwoodie. Timber : its structure, properties and utilization). Pengujian tersebut meliputi : 1. Pemeriksaan kadar air 2. Pemeriksaan berat jenis 3. Pengujian kuat tekan sejajar serat 4. Pengujian kuat lentur 5. Pengujian elastisitas 6. Pengujian kuat tarik Kemudian dilakukan pengujian beton dengan melakukan persiapan benda uji terlebih dahulu lalu kemudian merencanakan kuat tekan beton sesuai dengan yang telah direncanakan di awal. Kemudian dilakukan perencanaan beton bertulangan kayu panggoh yang kemudian akan diberikan pembebanan untuk melihat lendutan dan regangan yang terjadi. 4. PEMBAHASAN DAN HASIL Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu Tabel 1. Rangkuman penelitian mechanical properties (PKKI 22) Jenis Penelitian Hasil Penelitian Kadar Air 15,83%. Berat Jenis 1,1945 gr/ cm 3 Kuat Tekan Sejajar Serat Elastisitas Lentur Kayu Tegangan Lentur Kayu Tegangan Tarik Sejajar Serat 812,169 kg/cm² ,6 kg/cm² 1435,89 kg/cm² 1838,54 kg/cm2 Menurut ketentuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 22), kuat acuan berdasarkan pemilahan secara mekanis diambil berdasarkan modulus elastisitas lentur. Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa menurut ketentuan kuat acuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 22), maka kayu yang digunakan dengan modulus elastisitas ,6 kg/cm² termasuk kayu dengan kode mutu E18. Dan untuk kuat acuan kayu berdasarkan tegangan-tegangan izin atau tegangan ultimate dibagi safety factor sebesar 2,25, maka hasilnya dapat dilihat di tabel 2 berikut ini. Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 4

5 Tabel 2. Rangkuman penelitian mechanical properties (PKKI 1961) No. Jenis Penelitian Hasil Penelitian 1 Kadar Air 15,83%. 2 Berat Jenis 1,1945 gr/ cm 3 3 Kuat Tekan Sejajar Serat 36,964 kg/cm² 4 Elastisitas Lentur Kayu ,6 kg/cm² 5 Kuat Lentur Kayu 637,817 kg/cm 2 6 Tegangan Tarik Sejajar Serat 817,129 kg/cm 2 Dari tabel.2 diatas elastisitas lentur kayu tersebut adalah ,6 kg/cm² maka berdasarkan PKKI 1961 didapat bahwa untuk kayu kelas I mempunyai Elastisitas sejajar serat E// sebesar 125. kg/cm², sehingga dapat disimpulkan bahwa Kayu Panggoh setara dengan jenis kayu pada kelas I. Perencanaan Beton dengan Tulangan Kayu Panggoh Beton direncanakan menggunakan tulangan kayu panggoh dengan ukuran 2x2 cm dan beton normal dengan mutu K-225 (coba-coba). Dimana tegangan tekan sebesar,85 f c dianggap bekerja dengan distribusi merata sepanjang daerah efektif beton. Dari hasil penelitian physical dan mechanical properties kayu diketahui data data sebagai berikut: Kuat lentur Kayu = 1435,89 kg/cm² x,85 x 1, = 1219,826 kg/cm 2 = 121,9826 MPa Elastisitas kayu = ,6 kg/cm² Kuat tekan sejajar serat kayu = 812,169 kg/cm² x,67 x 1, = 544,153 kg/cm 2 = 54,415 Mpa Kuat tarik sejajar serat = 1838,54 kg/cm 2 x 1, x 1, = 1838,54 kg/cm 2 = 183,854 MPa Direncanakan beton normal mutu K-225 Kuat tekan beton (fc ) =,85 x 225 kg/cm 2 = 191,25 kg/cm 2 = 19,125 Mpa Elastisitas beton = 47. ff cc = ,125 = 2554,15 MMMMMM = 25541,5 kkkk/cccc 2 Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 5

6 Ɛc Ɛp Gambar 3. Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Penampang Beton Diketahui: b = 2 mm h = 3 mm d = 225 mm d = 5 mm Ap= 6 (2 x 2) = 24 mm 2 Ap = 2 (2 x 2) = 8 mm 2 Perencanaan Beton Bertulangan Kayu Panggoh Berdasarkan Kuat Lentur dan Tarik Panggoh Balok beton bertulang direncanakan berdasarkan kuat lentur dan tarik panggoh. Dengan mengacu pada gambar dan menggunakan keseimbangan gaya-gaya horizontal, maka: N T = N D1 + N D2 As.fb =,85 fc ba + fb As, Setelah dilakukan perhitungan secara teoritis balok kayu panggoh beton akan runtuh pada beban sebesar 12,743 Ton. Beban layan BBBBBBBBBB BBBBBBBBBB /uuuuuuuuuuuuuuuu = llllllll ffffffffffff = 12, = 9,82 Ton Maka beban layan yang dapat dipikul oleh balok adalah 9,82 Ton. Dengan cara yang sama, berdasarkan kuat tarik kayu panggoh balok akan runtuh pada P = 151,452 kn = 15,145 Ton Maka secara teoritis balok kayu panggoh beton tersebut akan runtuh pada beban sebesar 15,145 Ton. Beban layan BBBBBBBBBB BBBBBBBBBB /uuuuuuuuuuuuuuuu = llllllll ffffffffffff = 15, = 11,65 Ton Maka beban layan yang dapat dipikul oleh balok adalah 11,65 Ton. Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 6

7 Lendutan yang Terjadi Jika momen lentur lebih kecil daripada momen retak Mcr. Balok dapat diasumsikan tidak retak dan momen inersia dapat diasumsikan sebesar momen inersia untuk panampang kotor Ig. Lendutan seketika pada komponen struktur terjadi apabila segera setelah beban bekerja seketika itu pula terjadi lendutan. Pada SK SNI T pasal ayat 2.3 ditetapkan bahwa lendutan seketika dihitung dengan menggunakan nilai momen inersia efektif I e berdasarkan persamaan berikut: I e M = M cr a 3 I g M + 1 M cr a 3 I cr I g Beban P (kg) L / 3 (knm) Tabel 3. Data lendutan Secara Teoritis Balok Beton Bertulang Mmax L / 2 (knm) Mcr (knm) Icr (cm 4 ) L / 3 (cm 4 ) Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 7 Ie L / 2 (cm 4 ) L /3 (cm) Lendutan 6, , ,125 6, ,24 - -,4,2 1 4,167 6,25 6, ,24 - -,6, ,25 9,375 6, ,24 - -,3,11 2 8,333 12,5 6, ,24 - -,85, ,417 15,625 6, , ,2 8391,588,177, ,5 18,75 6, ,24 123,6 6947,223,32, ,583 21,875 6, , , ,615,447, , , ,24 665,33 58,212,63 1, ,75 28,125 6, ,24 649, ,61,76 1, ,833 31,25 6, ,24 573, ,752,915 1, ,917 34,375 6, ,24 549, ,179 1,67 1, ,5 6, , , ,26 1,214 1, ,83 4,625 6, , , ,265 1,356 1, ,167 43,75 6, , , ,38 1,496 2, ,25 46,875 6, , ,1 59,181 1,631 2, , , ,24 518,74 567,83 1,765 2, ,417 53,125 6, ,24 582,8 55,431 1,897 2, ,5 56,25 6, ,24 561,56 536,686 2,26 2, ,583 59,375 6, ,24 545,5 525,684 2,154 2, ,667 62,5 6, ,24 532,75 516,773 2,281 3, ,75 65,625 6, ,24 522,51 59,479 2,46 3, ,833 68,75 6, ,24 514,18 53,451 2,531 3, ,917 71,875 6, ,24 57, ,426 2,655 3, , ,24 51, ,24 2,778 3, ,83 78,125 6, , ,94 499,631 2,9 3, ,167 81,25 6, , , ,587 3,23 3, ,25 84,375 6, , , ,977 3,144 4,13 L / 2 (cm)

8 14 58,333 87,5 6, , ,417 9,625 6, , ,5 93,75 6, , ,14 94,656 6, , , , ,19 498, ,5 4979, , ,625 3,266 3,387 3,58 3,543 4,285 4,44 4,594 4,639 Retak awal terjadi awal terjadi pada P = 2 kg Pada L/3: 3 5PL = 324 E I c e Pada L/2: = 3 13PL 648E c I e Lendutan Secara Percobaan Tabel 4. Lendutan dari Hasil Percobaan Beban Beban Balok P/2 Y1 (Dial 1) Y2 (Dial 2) Y3 (Dial 3) (kg) (kg) (cm) (cm) (cm) , ,35, , ,55 2,32 1, ,674 2,67 1, ,56 2,98 1, , ,11 2, ,48 3, Patah Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 8

9 16 Grafik Hubungan Beban - Lendutan Dial 1 &Dial 3 Balok y1 y3 teori Gambar 4. Grafik Hubungan Beban Lendutan Dial 1 & Dial 3 Balok Grafik Hubungan Beban - Lendutan Dial 2 Balok Beban (kg) teori y Penurunan (cm) Grafik 5. Hubungan Beban Lendutan Dial 2 Balok Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 9

10 Tabel 5. Perbandingan Hasil Balok Secara Teoritis dan Percobaan Hasil Percobaan Hasil Teoritis P runtuh 15 kg P runtuh kg Lendutan Maksimum (Dial -1) 3,262 cm Lendutan Maksimum (Dial -1) 3,543 cm Lendutan Maksimum (Dial -2) 4,48 cm Lendutan Maksimum (Dial -2) 4,639 cm Lendutan Maksimum (Dial -3) 3,18 cm Lendutan Maksimum (Dial -3) 3,543 cm Regangan Tabel 6. Data Hasil Pengujian Regangan Balok di Laboratorium Perubahan Panjang Beban (x,1mm) Regangan Analisa Data P Regangan (mm/mm) (kg) ɛ c Ɛ p ɛ p ,13,67,43 -,4 -, ,5,33,83 -,12 -, ,63,47,143 -,17 -, ,123,83,193 -,28 -, ,153,117,247 -,35 -, ,217,14,317 -,48 -, ,29,217,397 -,63 -, ,317,293,49 -,72 -, ,35,33,617 -,83 -, ,423,34,693 -,98 -, ,45,413,85 -,11 -, ,523,45, ,65,517 1,167 -,156 -, , ,99 -,226 -, ,143,617 2,61 -,32 -, Tabel 7. Perbandingan Beban Secara Teoritis dengan Percobaan Balok Beban Analisa Data fp fp fc Mn P teori P Regangan (mm/mm) Mpa Mpa Mpa knm (kg) (kg) ɛ c ɛ p Ɛp 1 -,4,4 -.21,4871,2765, , ,16 2 -,12, ,9336,7741 2, , , ,688 1,158 3, , ,668 -,17, ,28, ,165 1,8689 5, , , ,35, ,7628 2,3444 6, , , ,5442 3,269 8, ,98 531,388 -,48, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 1

11 ,63, ,72, ,83, ,98, ,11, ,156, ,226, ,32, ,4372 4,223 1, , ,561 5,4867 4, ,2914 3, ,713 6,9114 5, , , ,782 7,7667 6, , , ,673 9,538 7, , , ,6 11,254 8,479 16, , ,95 13,772 1, , , ,74 22, , ,812 52, ,43 29,2965 2,381 19,292 54, , Beban (kg) 8 6 pteori plab 4 2,1,2,3,4 Regangan (mm/mm) Gambar 6. Perbandingan Hubungan Beban Regangan Secara Teori dan Percobaan Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 11

12 Kesimpulan Dari hasil pengujian yang dilakukan dapat disimpulkan hasil-hasil sebagai berikut: 1. Dari hasil perhitungan secara teoritis beban runtuh balok beton bertulangan kayu panggoh adalah 15,145 Ton. 2. Dari hasil pengujian di laboratorium, sampel yang didesain secara ultimate mengalami runtuh pada pemberian beban 15,2 ton dengan perbandingan,36% dari hasil teoritis. 3. Dari hasil pengujian di laboratorium, sampel dengan beban maksimum 15 ton mengalami regangan sebesar, Dari hasil perhitungan secara teoritis beban maksimum balok beton dengan tulangan kayu panggoh mengalami regangan sebesar,32 pada beban sebesar 1358,11 kg dengan perbandingan 12,95% dari hasil teoritis. DAFTAR PUSTAKA Desch, H.E., dan Dinwoodie, J.E Timber, Its Structure, Properties and Utilisation. Macmillan. Dipohusodo, Istimawan. 1996, Struktur Beton Bertulang. Jakarta: Gramedia. Dumanauv, F.J. 21. Mengenal Kayu.Yogyakarta : Kanisius. Nugraha, Paul. 27. Teknologi Beton. Yogyakarta : Andi. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan. 22. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI 5). Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. SK SNI , Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Badan Standar Nasional. SK SNI , Metode Spesifikasi dan Tata Cara, Badan Penelitian dan Pengembangan. Sumarni, Sri. 27, Struktur Kayu. Surakarta : UNS Press. Yayasan Dana Normalisasi Indonesia Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia (NI-5 PKKI 1961). Bandung : Departemen Pekerjaan Umum dan Tenaga Listrik. Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara 12