Abstrak. Kata Kunci : Kolom, Sengkang, Beban Aksial. Abstract

Transkripsi

1 Studi Penggunaan Tulangan Pengekang Tidak Standar Dengan Perkuatan Pen-Binder Pada Kolom Berbentuk Persegi Dengan Aplikasi ANSYS Yulistia Hadi 1 dan Torang Sitorus 2 1 Mahasiswa Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan hadiyulistia@yahoo.co.id 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan torangs02@gmail.com Abstrak Kolom memegang peranan penting dari suatu bangunan karena memikul beban aksial, momen lentur, dan gaya geser. Tidak dipungkiri bahwa peranan penting kolom tersebut sangat bergantung akan bahan material yang dipakai serta perencanaan yang matang. Beton bertulang masih menjadi dambaan sebagai bahan material kolom yang mana sangat memerlukan peran tulangan sengkang sebagai salah satu elemennya. Dengan adanya perkembangan teknologi, ditemukanlah elemen penunjang sengkang berkait 90 0 bernama Pen-Binder yang dapat memberikan kinerja sengkang 90 0 setara dengan sengkang berkait Jurnal ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan kinerja tulangan kolom berkait sengkang 90 0, 135 0, dan Pen Binder terhadap pembebanan aksial dengan bantuan aplikasi ANSYS Peningkatan kapasitas beban aksial ultimate yang signifikan akan memberikan faktor keamanan yang tinggi pada perencanaan kolom. Dalam jurnal ini, penulis membahas mengenai pembebanan aksial sentris pada model tulangan kolom serta peningkatan kekuatan yang digambarkan dalam diagram interaksi. Dari hasil analisis diperoleh bahwa peningkatan kuat tekan model tulangan dengan kait adalah sebesar % lebih tinggi dari pada kolom dengan tulangan berkait Sedangkan peningkatan kuat tekan model tulangan dengan kait pen binder adalah sebesar 8.79 % lebih tinggi dari pada kolom dengan tulangan berkait Kata Kunci : Kolom,, Beban Aksial. Abstract Column plays an important role of a building due to bear axial load, bending moment, and shear force. It is undeniable that column important role will rely heavily used materials and careful planning. Reinforced concrete is still a yearning as column material which is in need of reinforcement stirrups role as one of its elements. With the development of technology, was found 90 0 hooked stirrups supporting element named Pen-Binder which can provide performance of 90 0 equivalent to hooked stirrups. This journal aims to determine the comparative performance related column reinforcement of 90 0 stirrup, stirrup, and 90 0 stirrup + Pen Binder against axial loading with the help of

2 application of ANSYS Increased axial load capacity which will significantly ultimate high security factor in the planning field. In this journal, the author discusses the axial loading sentries on the model of the column reinforcement and increased strength are described in the interaction diagrams. From the analysis showed that the increase in compressive strength reinforcement models with a hook in amounted to 3,021% higher than in the column with reinforcement 90 0 hooked. While the increase in compressive strength reinforcement models with a hook pen binder is equal to 8.79% higher than in the column with reinforcement 90 0 hooked. Keywords: Column, Stirrups, Axial Load 1. Pendahuluan Dewasa ini, banyak kita temukan fenomena konstruksi bangunan yang dinyatakan layak huni namun pada kenyataannya bangunan tersebut mengalami kegagalan dalam pelaksanaan fungsinya, yang dapat diakibatkan oleh salah perencanaan, kegagalan dalam pelaksanaan kontruksi, penambahan beban aksial, ataupun diakibatkan oleh beban gempa semakin tinggi untuk kolom-kolom berdimensi besar. Kolom merupakan salah satu elemen dari struktur rangka yang mengalami desak dan lentur berfungsi menahan gaya-gaya yang berkerja pada balok dan meneruskannya ke pondasi. Tulangan lateral atau sengkang diperlukan untuk mencegah terkelupasnya (spalling) penutup beton dan terjadinya tekuk local (local buckling) pada batang-batang longitudinal akibat beban aksial. Seperti yang kita ketahui, peraturan perencanaan SNI memberikan syarat tulangan pengekang dengan kait gempa pada struktur kolom yang dibangun di daerah rawan gempa. Namun nyatanya banyak yang menggunakan tulangan pengekang dengan kait 90 0 atau dengan konfigurasi dobel C (tidak sesuai standar) karena pembuatan dan pemasangan tulangan pengekang standar kait tidaklah mudah dalam prakteknya di lapangan, adapun kesulitan pemasangan Gambar 1. Kait dan 90 0 Dengan perkembangan inovasi di bidang konstruksi, ditemukan perangkat tambahan sebagai elemen pengikat yang dapat meningkatkan kinerja sengkang pada beton atau biasa yang disebut Pen- Binder. Maka dari itu, jurnal ini akan membahas efek penggunaan elemen pen-binder terhadap kait sengkang tidak standar yang mana memiliki kemudahan pemasangan lebih tinggi di lapangan.

3 2. Kajian Pustaka Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul beban dari balok. Fungsi kolom adalah sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan beban lain seperti beban hidup (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin. Menurut buku Struktur Beton Bertulang (Istimawan Dipohusodo, 1996) ada tiga jenis kolom beton bertulang, salah satunya adalah kolom yang menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang (tulangan pengekang) ke arah lateral. Tulangan pengekang ini berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh pada tempatnya. Beberapa laporan terkait dengan kerusakan struktur akibat gempa bumi di Indonesia memperlihatkan contoh-contoh keruntuhan bangunan yang terjadi akibat pendetailan tulangan kolom yang tidak memenuhi persyaratan (Imran, dkk,, 2005; Imran, dkk., 2006; Imran, 2007). Dari hasil penelitian membuktikan bahwa pemasangan tulangan pengekang dengan kait 90 0 untuk kolom pada daerah rawan gempa dapat menghasilkan performance yang buruk dan berbahaya bagi sistem struktur secara keseluruhan. (Tjaronge, M.W., Akkas, A.M., dan Insani, ST.N., 2010). Maka, dapat disimpulkan penggunaan kait tidak standar sebaiknya tidak dilakukan pada daerah rawan gempa seperti di Indonesia. Elemen pengikat atau pen-binder bekerja sebagai peminimalisir kegagalan kolom akibat hancurnya inti beton yang mana akan menahan titik-titik tertentu yang akan membuka saat terjadi ekspansi lateral inti beton saat diberi beban aksial yang berlebihan. Penggunaan Pen-Binder ini menurut Anang Kristianto (2011) adalah sebagai elemen pengikat untuk kolom persegi berdasarkan hasil eksperimen menghasilkan peningkatan kapasitas aksial dan daktilitas yang cukup signifikan. Gambar 2. Luasan inti terkekang pada suatu elemen struktur kolom beton bertulang.(paultre et.al.,2008) Tulangan pengekang dengan kait 90 0 memiliki kemampuan yang lebih rendah dalam menahan inti beton, hal ini terjadi karena tidak ada gaya yang menahan kait tersebut untuk tetap pada posisinya pada saat beban gempa terjadi. Kondisi ini akan mengakibatkan kait membengkok keluar dan tidak efektif lagi mengekang inti beton (Kristianto,A. dkk, 2010)

4 3. Perkuatan dengan Pen-Binder Di tahun 2010, Anang Kristianto dkk menganalisis perilaku pengekangan dengan 5 macam model kolom persegi. Pemodelan dan analisis menggunakan software ADINA, dengan keistimewaannya yang mampu menganalisis tegangan kontak antara beberapa elemen struktur dengan karakteristik material yang berbeda. Software ini juga memiliki kemampuan untuk membuat berbagai bentuk model 3 dimensi dengan baik dan cepat serta menghasilkan output yang cukup detail. Hasil analisis diatas menunjukkan perbedaan efektivitas pengekangan yang cukup besar antara tulangan pengekang dengan kait 90 o dan 135 o yang memperkuat pembuktian bahwa kekangan dengan kait 90 o tidak cukup efektif untuk memberikan kekangan pada inti beton pada saat kolom mengalami beban gempa. Gambar 3. Penggunaan Pen-Binder untuk dinamika. Produk ini menawarkan satu set lengkap unsur-unsur perilaku, model material dan pemecah persamaan untuk berbagai permasalahan dan rekayasa. Selain itu, ANSYS mechanical menawarkan analisis termal dan kemampuan ditambah-fisika yang melibatkan akustik, piezoelektrik, termal analisis-struktural dan termal-listrik. 4. Program dan Pengujian 4.1 Aplikasi Pemodelan dan Analisis Struktur ( ANSYS) Metode elemen hingga adalah suatu alat numerik yang digunakan dalam menyelesaikan masalah teknik seperti persamaan diferensial dan integral dengan metode pendekatan. Metoda itu mula-mula dikembangkan untuk mempelajari tentang struktur dan tekanan (Clough 1960) dan kemudian berkembang pada masalah mekanika kontinu (Zienkiewicz dan Cheung 1965). ANSYS adalah program paket yang dapat memodelkan elemen hingga untuk menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan mekanika, termasuk di dalamnya masalah statik, dinamik, analisis struktural (baik linier maupun nonlinier), masalah perpindahan panas, masalah fluida dan juga masalah yang berhubungan dengan akustik dan elektromagnetik. Maka dari itu, penulis ingin membuktikan kembali melalui program ANSYS mechanical 12.1 yang dapat memodelkan metode elemen hingga untuk mendapatkan hasil pengujian yang lebih akurat. ANSYS mechanical menawarkan produk solusi yang komprehensif untuk struktural linier / nonlinier dan analisis Gambar 4. ANSYS 12.1 Release

5 4.2 Pemodelan (Benda Uji) Benda uji yang direncanakan dalam percobaan ini adalah berupa 3 jenis tulangan kolom dengan 4 buah tulangan longitudinal yang digunakan berdiameter 12 mm, sementara untuk tulangan sengkangnya berdiameter 6 mm dengan jarak antar sengkang 125 mm. Berikut masing-masing karakteristik dari tulangan sengkang yang digunakan: Pada penelitian ini digunakan aplikasi CAD yaitu SolidWorks. Adapun tiga jenis tulangan tersebut adalah sebagai berikut : I. Tulangan Kolom dengan Berkait 90 0 Tabel 1. Karekteristik Tulangan yang Dipakai No Jenis Tulangan Transversal () 1 Tulangan sengkang dengan kait standar (135 0 ) 2 Tulangan dengan kait tidak standar (90 0 ) 3 Tulangan sengkang dengan kait tidak standar yang diberi perkuatan pen-binder II. Gambar 5. Tulangan Jenis 1 Tulangan Kolom dengan Berkait Spesifikasi dari tulangan baja yang digunakan sebagai tulangan longitudinal maupun transversal dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 2. Spesifikasi Tulangan Baja yang Digunakan No Keterangan BJ 24 1 Tegangan Leleh Minimum (fy) 2 Tegangan Putus Minimum (fu) 235 Mpa 250 Mpa 3 Peregangan Minimum 20 % Gambar 6. Tulangan Jenis 2 4 Kuat Tarik Minimum (fsu) 380 Mpa

6 III. Tulangan Kolom dengan Berkait 90 0 dengan Pen-Binder geometri, dan pemberian data material pada model yang akan dianalisis. Ada beberapa pekerjaan yang dilakukan pada preprocessing, yaitu: a.memasukkan Informasi atau Data Material pada Software Analisa b.import model CAD pada Software Analisa Setelah pemberian informasi material, model yang telah dibuat didalam software CAD di-import kedalam software analisa. c.penyesuaian Model pada ANSYS. Gambar 7. Tulangan Jenis 3 Model I merupakan tulangan kolom dengan kait sengkang 90 0, model II merupakan tulangan kolom dengan kait sengkang 135 0, sedangkan model III merupakan tulangan kolom dengan kait sengkang 90 0 yang diberikan elemen pengikat (pen-binder). 4.3 Pengujian Benda Uji Setelah melakukan proses menggambar model tulangan pada aplikasi CAD, maka dilakukanlah pengujian pada model. Dalam ANSYS Workbench 12, ada tiga tahapan utama dalam proses simulasi, yaitu preprocessing, solution dan postprocessing, yang mana tahap-tahapnya adalah sebagai berikut : I. Preprocessing Preprocessing adalah tahapan awal dalam proses simulasi pada ANSYS. Pada tahapan ini dilakukan pengaturan awal terhadap geometri yang akan dianalisis, pengaturan tersebut antara lain, pemilihan bentuk elemen, pengaturan ukuran elemen, pengaturan kontak antar komponen pada Setelah mengimport model pada ANSYS, yang harus dilakukan adalah menyesuaikan pengaturan kontak antar komponen model dan juga pembagian elemen atau biasa disebut dengan meshing ke software ANSYS itu sendiri. II. Solution Pada tahap ini, hal pertama yang harus dilakukan adalah memberikan constrain dan beban-beban yang akan diberikan pada tulangan. Tentukan komponen model yang akan menjadi area constrain, pemberian constrain pada tapak tulangan agar tulangan berdiri dan tidak bergerak kearah yang tidak seharusnya ketika pemberian beban. Setelah itu, beban berupa gaya diberikan pada bagian atas tulangan. III. Postprocessing Pada tahap postprocessing ini dapat dipilih hasil analisa apa yang ingin ditampilkan. Dalam tahap ini, yang ingin diketahui adalah data tegangan, regangan, deformasi dan analisa kestabilan yang terjadi terhadap masing-masing jenis tulangan.

7 5. Hasil Pengujian Pada bab ini akan dibahas mengenai hasil percobaan yang didapatkan berdasarkan data hasil keluaran dari aplikasi ANSYS 12.1 (static structural mode), dimana hasilnya akan berkaitan dengan kinerja tulangan kolom yang diberi perkuatan pen-binder pada sengkangnya dan analisis terhadap efek dari perkuatan pada tulangan sengkang dengan penggunaan pen-binder tersebut. Pengujian dengan ANSYS berpatokan dengan hasil beban aksial kolom beton bertulang dengan spesifikasi seperti berikut: Dimensi kolom : 150 x150 Tinggi kolom : 1000 mm Kuat Tekan (f c) :19,76 Mpa (K-225) Diameter tul. longitudinal : 12 mm Diameter tul. sengkang : 6 mm Jumlah tul. longitudinal : 4 buah Fy tul. longitudinal : 240 Mpa Fyh tul. sengkang : 240 Mpa Luas penampang (Ag) : mm 2 Es : 2x 10 5 Mpa Tebal Selimut : 45 mm Berdasarkan SNI 2847 : 2013, beban aksial yang dapat ditampung kolom dapat ditentukan sebagai berikut : Pn = 0,8 { 0.85 f c (Ag- Ast) + Fy. Ast } = N =383,067 kn Maka dari itu, pembebanan pada ketiga benda uji tulangan di hentikan pada 400 kn, dengan rentang pembebanan 10 kn kn. Berikut data hasil percobaan (static structural mode) untuk masing-masing jenis tulangan kolom. Gaya (N) Tabel 3. Data Hasil Keluaran ANSYS (Model 1) Teg. (Pa) (10^8) Reg. (mm/mm) MODEL I Def. (mm) Teg. Tulangan (Pa) (10^8) Reg. Tulangan (mm/mm) Def. Tulangan (mm)

8 Tabel 4. Data Hasil Keluaran ANSYS (Model 2) MODEL III Tabel 5. Data Hasil Keluaran ANSYS (Model 3) MODEL II Gaya (N) Teg. (Pa) (10^8) Reg. (mm/mm) Def. (mm) Teg. Tulangan (Pa) (10^8) Reg. Tulangan (mm/mm) Def. Tulangan (mm) Gaya (N) Teg. (Pa) (10^8) Reg. (mm/mm) Def. (mm) Teg. Tulangan (Pa) (10^8) Reg. Tulangan (mm/mm) Def. Tulangan (mm)

9 6. Pembahasan 6.1 Analisa Perilaku Tulangan Pada tahap ini, data hasil keluaran (static structural mode) diatas dianalisa satu persatu guna melihat perilaku antar model tulangan. Defleksi akibat pembebanan hingga 400 kn pada sengkang. Tegangan akibat pembebanan hingga 400 kn pada sengkang. Gambar 10. Grafik Defleksi pada Akibat Pembebanan Tegangan akibat pembebanan hingga 400 kn pada tulangan utama. Gambar 8. Grafik Tegangan pada Akibat Pembebanan Regangan akibat pembebanan hingga 400 kn pada sengkang. Gambar 11. Grafik Tegangan pada Tulangan Akibat Pembebanan Gambar 9. Grafik Regangan pada Akibat Pembebanan

10 Regangan akibat pembebanan hingga 400 kn pada tulangan utama. 6.2 Analisa Kapasitas Beban Berdasarkan hasil perhitungan kapasitas beban sebelumnya, diketahui bahwa struktur kolom dapat menahan beban aksial maksimum sebesar 383,067 kn. Gambar 12. Grafik Regangan pada Tulangan Akibat Pembebanan Maka dari itu, besaran beban digunakan sebagai pembebanan (static structural mode) pada tulangan model 1 dengan ANSYS yang nanti data hasil tegangan dan regangannya menjadi acuan untuk mencari beban aksial maksimum yang dapat dipikul oleh tulangan model 2 dan model 3. Berikut hasil analisa datanya : Defleksi akibat pembebanan hingga 400 kn pada tulangan utama. Tabel 6. Beban Aksial Maksimum Acuan Model I Model II Model III Teg. (Pa) (10^8) Reg. (mm/mm) Teg. Tulangan Pokok (Pa) (10^8) Reg. Tulangan Pokok (mm/mm) N N N Gambar 13. Grafik Defleksi pada Tulangan Akibat Pembebanan

11 6.3 Hubungan Tegangan-Regangan Masing-Masing Model Berdasarkan data keluaran (static structural mode) ANSYS yang sudah ada, dapat dibuat pula grafik teg-reg masingmasing model. Gambar 17. Grafik Teg-Reg pada Tulangan Pokok ( Model 2 ) Gambar 14. Grafik Teg-Reg pada ( Model 1) Gambar 18. Grafik Teg-Reg pada ( Model 3) Gambar 15. Grafik Teg-Reg pada Tulangan Pokok ( Model 1 ) Gambar 19. Grafik Teg-Reg pada Tulangan Pokok ( Model 3 ) Gambar 16. Grafik Teg-Reg pada ( Model 2)

12 7. Kesimpulan Dari pengujian yang dilakukan terhadap model tulangan kolom dengan Aplikasi Ansys 12.1 selama mengerjakan Tugas Akhir ini, dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Untuk pembebanan maksimum, tegangan dan regangan yang dihasilkan pada bagian tulangan sengkang dan tulangan pokok pada masing masing model dapat diurutkan sebagai berikut : model 3< model 2< model 1 2. Untuk pembebanan maksimum, defleksi yang dihasilkan pada bagian tulangan sengkang pada masing-masing model dapat diurutkan sebagai berikut: model 3< model 2< model 1 3. Untuk pembebanan maksimum, defleksi ekstrim yang dihasilkan pada bagian tulangan pokok pada masingmasing model dapat diurutkan sebagai berikut: model 1 < model 3 < model 2 4. Beban aksial yang dapat dipikul pada kolom dengan masing-masing jenis tulangan dapat diurutkan sebagai berikut : model 3 < model 2 < model 1 5. Dengan begitu, dapat disimpulkan penggunaan tulangan sengkang dengan kait standar penbinder lebih bersifat kaku daripada penggunaan tulangan sengkang dengan kait gempa Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai kekangan yang diakibatkan oleh pen-binder dengan pengaplikasian secara nyata. 2. Penelitian yang berhubungan dengan pen-binder akan lebih baik jika menggunakan cakupan yang lebih luas, tidak terbatas hanya pada hubungan tegangan-regangan saja, tetapi dapat juga menunjukkan momen lentur, momen balanced, geser, serta peninjauan tarik sehingga akan lebih membantu dalam perencanaan kolom pada praktiknya dilapangan. 3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai peninjauan kolom dengan tulangan daktail, terutama kekangan yang terjadi pada setiap sudut dari kolom yang direncanakan. Daftar Pustaka Dipohusodo, I Struktur Beton Bertulang. Jakarta. Penerbit Gramedia Pustaka Utama. Imran, I., Kristianto, A., dan Suarjana M Pengembangan Sistem Elemen Pengikat untuk Meningkatkan Efektivitas Kekangan Kolom Bangunan Tahan Gempa. Jurnal Teknik Sipil Vol.6 No.1. April. Imran, I., Kristianto, A., dan Suarjana M Studi Eksperimental Penggunaan Tulangan Pengekang Tidak Standar yang Dimodifikasi pada Kolom Persegi Beton Bertulang. Jurnal Teknik Sipil Vol. 18 No. 3. Desember. McCormac, J Desain Beton Bertulang. Jakarta. Penerbit Erlangga. Nawy, Edward Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. Bandung. PT. Refika Aditama. Tjaronge, M.W., Akkas, A.M., dan Insani, ST.N Studi Pengaruh Pemberian Variasi Jarak Terhadap Kuat Tekan Kolom SSC. Jurnal Teknik Sipil Vol.6 No.1, April. Wight.J.K dan MacGregor.J.G., 2009, Reinforced Concrete Mechanics and Design, New Jersey, Pearson Prentice Hall.