EFEK KONFIGURASI TULANGAN LATERAL TERHADAP PERILAKU KEKUATAN DAN DAKTILITAS KOLOM BETON MUTU NORMAL DAN MUTU TINGGI

Transkripsi

1 EFEK KONFIGURSI TULNGN LTERL TERHDP PERILKU KEKUTN DN DKTILITS KOLOM ETON MUTU NORML DN MUTU TINGGI ntonius ), Iswandi Imran 2) dan Prabowo Setiyawan ) STRK Paper ini menyajikan suatu studi eksperimental pada kolom beton, yang bertujuan untuk mengetahui perilaku kekuatan dan daktilitas beton terkekang berpenampang persegi terhadap beban konsentrik. Konfigurasi tulangan lateral dalam mengontrol kekuatan dan daktilitas beton terkekang pada kolom merupakan parameter utama dalam studi ini. Program eksperimen dilakukan dengan membuat benda uji kolom pendek (short olumn) sebanyak 23 buah. Desain penampang kolom mempunyai ukuran x mm, tinggi kolom adalah 5 mm dan tanpa menggunakan selimut beton. Kuat tekan beton diranang untuk beton mutu normal sampai mutu tinggi (3<f <75 MPa). Hasil penting dari studi ini adalah bahwa konfigurasi tulangan lateral yang digunakan memegang peranan yang signifikan dalam menentukan perilaku kekuatan dan daktilitas beton mutu normal maupun beton mutu tinggi terkekang. Hasil lainnya adalah bahwa peningkatan kekuatan dan daktilitas beton terkekang enderung menurun dengan meningkatnya kuat tekan beton yang digunakan. Kata-kata kuni: beton terkekang, konfigurasi tulangan STRCT This paper summarizes an experimental study on the onrete olumns whih objetives to study the behaviour of strength and dutility of retangular onfined onnrete subjeted onentri axial loads. The main parameter was the onfiguration type of lateral reinforement. Twenty three speimens were ast. ll the speimens were prismati short olumn xx5 mm and withouth the onrete over. Mix design of the ompressive strength of onrete ylinders inlude for normal and high strength onrete. Experimental results reported here indiated that the onfiguration of lateral reinforement is the role to governing of strength and dutility behaviour for onfined both normal and high strength onrete. Enhanement of strength and dutility of onfined onrete tends derease with the inrease of the onrete ompressive strength. Keywords: onfined onrete, onfiguration of reinforement. Pendahuluan Indonesia merupakan daerah yang mempunyai intesitas gempa yang ukup tinggi. Oleh karena itu struktur bangunan harus didesain sedemikian rupa agar mampu menyerap energi gempa sehingga berperilaku daktail. Dalam kenyataannya, komponen struktur yang langsung mengalami beban gempa adalah struktur kolom, sehingga dalam melakukan desain dan pendetailan tulangan memerlukan penanganan khusus, terlebih untuk kolom yang terbuat dari beton mutu tinggi yang mempunyai sifat lebih getas daripada beton mutu normal. Peranangan struktur beton tahan gempa yang baik dapat dihasilkan bila diketahui berbagai sifat dan karakteristik dari beton dan baja tulangan yang meliputi kekuatan (strength), energi absorbsi, energi disipasi serta daktilitas. Filosofi desain struktur tahan gempa yang menggunakan konsep kolom kuat, balok lemah mensyaratkan bahwa setelah struktur mengalami beban gempa, sendi plastis boleh terjadi pada balok dan tidak pada kolom. Hal ini dimaksudkan agar struktur masih tetap dapat berdiri dan orang yang berada di atasnya sempat untuk menyelamatkan diri. Pada prakteknya, saat beban gempa terjadi, daerah yang memikul momen maksimum pada kolom tetap mengalami sendi plastis. Kolom daerah dekat perletakan (memikul momen maksimum) akan mengalami penurunan kekuatan yang getas akibat lepasnya selimut beton serta penurunan tegangan beton setelah respon punak seara tiba-tiba ) Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil, Universitas Islam Sultan gung Semarang 2) Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi andung

2 Untuk mempertahankan kekuatan kolom setelah lepasnya selimut beton, daerah inti beton harus mengalami peningkatan kekuatan. Hasil studi yang pernah dilakukan menunjukkan bahwa pemasangan tulangan lateral pada kolom beton dapat meningkatkan kekuatan dan daktilitasnya [Imran dkk., 999]. Oleh karena itu, untuk tetap mempertahankan kekuatan dan daktilitas pada daerah momen maksimum kolom, beton pada daerah inti harus memperoleh kekangan lateral yang ukup. eberapa faktor yang mempengaruhi perilaku kekangan pada beton diantaranya adalah kuat tekan beton (f ), konfigurasi dan spasi tulangan lateral. erbeda dengan penampang bulat yang mempunyai sifat kekangan sempurna, pada penampang persegi kekangan yang terjadi tidak sempurna seperti penampang bulat. Hal ini disebabkan karena pada penampang persegi kekangan hanya efektif pada sudut-sudut tulangan ties-nya. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan utama untuk mengetahui efek dari bentuk konfigurasi tulangan lateral terhadap kekuatan dan daktilitas kolom beton penampang persegi. Metode yang digunakan adalah dengan melakukan eksperimen di laboratorium. Parameter utama yang ditinjau dalam pengujian meliputi kuat tekan beton (f ), karakteristik tulangan lateral yaitu konfigurasi tulangan lateral. 2. Konfigurasi Tulangan Lateral Konfigurasi tulangan pada penampang persegi adalah parameter yang tidak terdapat pada penampang bulat, dan parameter ini memegang peranan yang sangat signifikan dalam mengontrol deformasi kolom, terlebih pada struktur yang menahan beban gempa [Moehle & Cavanagh, 985]. Geometri zona terkekang yang terbentuk kadangkala mengakibatkan efektifitas kekangan akan menjadi salah estimasi, apabila konfigurasi tulangan tidak diperhitungkan sehingga dapat menimbulkan ketidakpastian dalam desain struktur. Penentuan daerah efektif terkekang pada sistim kekangan pasif sangat penting dilakukan karena mempengaruhi besarnya tegangan lateral aktual yang bekerja pada kolom beton terkekang. Daerah efektif terkekang terkait erat dengan konfigurasi tulangan lateral dan konfigurasi tulangan longitudinal. Pada kolom penampang bulat, daerah yang efektif terkekang dapat dianggap sempurna, kerena bentuk dari sengkang yang mengikuti bentuk lingkaran dapat menimbulkan tekanan merata ke sekeliling lingkaran. Tetapi pada penampang persegi daerah efektif terkekang tidak sebaik pada penampang bulat, karena kekangan paling efektif terjadi hanya pada sudut tulangan ties-nya (gambar ). Oleh karena itu terdapat faktor koreksi yaitu efektifitas kekangan untuk penampang persegi yang dirumuskan sebagai berikut [ntonius dkk., 24]: k e = n i= ' ( w ) i 6b d 2 ' s 2b ( ρ ) ' s 2d dimana : b dan d adalah dimensi inti penampang Daerah efektif terkekang penampang persegi akan semakin meningkat apabila sudut bengkokan (hook) yang dipasang tulangan longitudinal semakin banyak. 3. Program Eksperimen 3.. Material Kuat tekan beton yang diranang dibagi dalam 3 jenis yaitu mutu rendah (f 3 MPa) yang diberi kode L (low), mutu menengah (f 5 MPa) diberi kode M (medium) dan mutu tinggi (f 65 MPa) diberi kode H (high). gregat halus yang digunakan berasal dari Galunggung, sedangkan agregat kasar menggunakan agregat dari lokasi Watugong Semarang, dengan diameter agregat maksimum adalah 4 mm. Semen yang digunakan adalah semen Portland merk Nusantara dengan J 3,. Khusus untuk beton mutu tinggi menggunakan tambahan bu Terbang (Fly sh) dengan prosentase,5% dari berat semen. Diameter tulangan lateral adalah 5,5 mm yang mempunyai tegangan leleh 5 MPa. daerah tidak terkekang Gambar. Pengekangan pada penampang persegi dan bulat

3 enda Uji P Konfigurasi Konfigurasi Konfigurasi C C enda uji C End region End region Test region (a) Konfigurasi D Tul lateral pelat Keterangan: = LVDT 5 mm = LVDT 25 mm (Pot. C-C Gambar 2. (a) Konfigurasi tulangan lateral ; b) Instrumentasi spesimen (b) 3.2. enda uji enda uji kolom pendek (short olumn) yang dikaji adalah sebanyak 23 buah. Ukuran kolom adalah xx5 mm dan didesain tanpa selimut beton. Daerah uji (test region) kolom diambil sebesar 2 mm, yang terletak ditengah tengah kolom. Konfigurasi tulangan lateral kolom terdiri dari 4 tipe, terlihat pada gambar 2a. Detail tulangan lateral kolom ditunjukkan pada tabel Prosedur pembebanan Pengujian kolom dan perlengkapan teknis pengujian terlihat pada gambar 2b. Pada daerah pengujian (test region) dipasang 4 buah LVDT arah vertikal untuk mengukur deformasi kolom pada arah aksial, serta pada tulangan lateral dipasang strain gauge jenis FL 3. Kabel kabel dari LVDT maupun strain gauge selanjutnya dihubungkan ke Data Logger. Pembebanan pada kolom dilakukan seara langsung dan bertahap dengan sistem pengujian Displaement Control dengan keepatan, mm/seond. Mesin uji tekan adalah UTM (Universal Testing Mahine) merk DRTEC dengan kapasitas efektif 2 kn. 4. Hasil Eksperimen dan Pembahasan Nilai Poisson untuk beton mutu rendah, mutu menengah dan mutu tinggi yang diperoleh dari hasil pengujian masing-masing adalah sebesar,3;,29 dan,275. Hasil eksperimen lainnya seperti peningkatan kekuatan beton terkekang (K=f /fo ) dan regangan beton terkekang ditunjukkan pada tabel, dan perilaku tegangan-regangan beton terkekang diperlihatkan pada gambar 3 sampai 9. Sedangkan gambar menunjukkan pengaruh perubahan kuat tekan beton terhadap nilai K. 4.. Pengaruh kuat tekan beton (f ) Seara umum pada semua konfigurasi tulangan lateral, peningkatan kekuatan beton terkekang (K) enderung menurun dengan meningkatnya kuat tekan beton yang digunakan (tabel ). Indikasi tersebut terlihat misalnya spesimen dengan konfigurasi, dimana nilai K untuk spesimen L5, M5 dan H5 masing-masing adalah,26;,2 dan,. Penurunan nilai K dengan kondisi yang sama juga terjadi untuk konfigurasi tulangan, C dan D. Salah satu penyebab penurunan nilai K tersebut dipengaruhi dari mengeilnya nilai Poisson untuk kuat tekan beton yang lebih tinggi.

4 Tabel. Detail tulangan lateral kolom dan hasil pengujian Tulangan lateral Kode f f o f Spesimen MPa -Spasi ε Konfigurasi ρ (mm) s (%) (MPa) K= (MPa) f / f o SCL ,42, SCM ,7,3 - - SCH ,88,4 - - L5 34 5,5 5,9 29,42,4 33,82,6 M5 5,5 5,9 38,7, 4,23,2 M 5,5,95 38,7,3 36,576,96 H5 5,5 5,9 54,88,78 59,7, H 5,5,95 54,88,5 53,26,97 L5 34 5,5 5 3,24 29,42,7 33,69,37 M5 5,5 5 3,24 38,7,57 49,88,3 M 5,5,62 38,7,26 35,3,92 H5 5,5 5,24 54,88,7 7,73,29 H 5,5,62 54,88,39 55,98,2 CL5 34 5,5 5 2,85 29,42,3 36,87,27 CM5 5,5 5 2,85 38,7,5 42,2,24 CM 5,5,43 38,7,34 36,92,97 CH5 5,5 5 2,85 54,88,25,93, CH 5,5 -,43 54,88,3 55,65,2 DL5 34 5,5 5 3,47 29,42,7 43,77,5 DM5 5,5 5 3,47 38,7,9 49,72,3 DM 5,5,73 38,7,39 33,62,88 DH5 5,5 5 3,47 54,88,7 62,53,6 DH 5,5,73 54,88,5 57,,4.4.2 Tip e L5 M5 H Tipe L5 M5 H Gambar 3. Kurva pengaruh f, konfigurasi Gambar 4. Kurva pengaruh f, konfigurasi

5 Tipe Tip e Tip e C Tipe D.8.2 CL5 CM5 CH5 Tipe C Gambar 5. Kurva pengaruh f, konfigurasi C.8.2 M5 M5 CM5 DM Gambar 8. Kurva pengaruh konfigurasi tulangan, f = MPa DL5 DM5 DH5 Tipe D Gambar 6. Kurva pengaruh f, konfigurasi D Tipe C Tipe D Tipe Tipe H5 H5 CH5 DH Gambar 9. Kurva pengaruh konfigurasi tulangan, f = MPa Tipe Tipe Tip e C Tipe D L5 L5 CL5 DL5 Gambar 7. Kurva pengaruh konfigurasi tulangan, f =34 MPa C Tipe Tipe Tipe C Tipe D Kuat tekan beton (f') Gambar. Kurva pengaruh kuat tekan beton terhadap nilai K. D

6 Mobilisasi tulangan lateral untuk dapat mengekang inti beton akan berkurang efektifitasnya karena ekspansi lateral yang ditimbulkan oleh beton yang kuat tekannya lebih tinggi tidaklah sebesar ekspansi lateral untuk beton yang lebih rendah kuat tekannya. Penurunan kekuatan setelah respon punak memiliki perilaku yang hampir sama untuk kolom beton mutu rendah sampai beton mutu tinggi pada spesimen yang dipasang tulangan konfigurasi (gambar 3). Dilain pihak untuk kolom beton dengan kuat tekan 34 MPa memiliki daktilitas beton terkekang yang lebih baik dibandingkan kolom beton dengan kuat tekan lainnya untuk spesimen yang dipasang tulangan lateral konfigurasi (gambar 4). Fenomena yang menarik terlihat pada daktilitas beton terkekang yang sangat baik untuk spesimen beton mutu tinggi (f = MPa) dengan konfigurasi tulangan C (gambar 5). Sedangkan gambar 6 (konfigurasi tulangan D) menunjukkan bahwa daktilitas beton terkekang menurun dengan meningkatnya kuat tekan beton yang digunakan Efek konfigurasi tulangan lateral Konfigurasi tulangan D menunjukkan nilai K yang paling tinggi dibandingkan konfigurasi tulangan lainnya untuk spesimen beton mutu rendah (f =34 MPa). Hasil ini mempunyai kemiripan dengan hasil penelitian yang pernah dilakukan terhadap kolom beton mutu rendah yang dilakukan oleh Sheikh & Uzumeri (98). Konfigurasi tulangan dan D memperlihatkan nilai K dan daktilitas beton terkekang dibandingkan konfigurasi lainnya untuk spesimen dengan kuat tekan beton MPa (gambar 8 dan ). Spesimen dengan kuat tekan beton MPa dengan konfigurasi tulangan C mempunyai kemampuan dalam meningkatkan kekuatan beton terkekang (K) dan daktilitas beton terkekang yang paling baik daripada spesimen yang dipasang konfigurasi lainnya. 5. Kesimpulan erdasarkan hasil eksperimen kolom yang telah dibahas di atas, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:. Peningkatan kekuatan beton terkekang (K) enderung menurun apabila parameter kuat tekan beton yang digunakan ditingkatkan. 2. Nilai Poisson material beton mempengaruhi besarnya peningkatan kekuatan beton terkekang (K). 3. Konfigurasi tulangan tipe mempunyai daktilitas yang paling baik apabila diaplikasikan pada kolom beton mutu rendah (f =34 MPa). 4. Konfigurasi tulangan lateral C mempunyai kinerja yang paling baik dalam meningkatkan kekuatan dan daktilitas beton terkekang dibandingkan konfigurasi tulangan lainnya untuk aplikasi kolom beton mutu tinggi (f = MPa). Daftar Pustaka ntonius dkk. (24); Pengaruh Kekangan Tulangan Lateral terhadap Perilaku Kekuatan dan Deformasi pada Struktur Kolom eton Penampang Persegi ; Lap. Penelitian Hibah ersaing XII/ Perguruan Tinggi, Kontrak No.47/P4T/DPPM/PH XII/III/24. Imran, I., M. Moestopo and Suharwanto (999); Strength and deformation of onfined high strength onrete ; st Int. Conf. On dvanes in Strut. Eng. nd Mehanis, Seoul, Korea, ugust , Moehle, J.P. and T. Cavanagh (985); Confinement Effetiveness of Crossties in RC ; J. of Strut. Eng. SCE, V., No., Otober 985, Saatioglu, M. and S.R. Razvi (998); High Strength Conrete Columns with Square Setions under Conentri Compression ; J. of Stru. Eng., SCE, V24, No.2, Deember 998, Sheikh, S.. and S.M. Uzumeri (98); Strength and dutility of tied onrete olumns, J. of Strut. Division, SCE, V.6, No.ST5, May 98, 79-. Uapan Terima Kasih Penelitian ini dibiayai melalui Dana Hibah ersaing XII/ Perg. Tinggi Tahun nggaran 24, Kontrak No.47/P4T/DPPM/PH XII/III/24. Uapan terima kasih disampaikan kepada Proyek Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan, Ditjend. Pendidikan Tinggi, Depdiknas.