EVALUASI KEKUATAN LATERAL DINDING BATA DALAM STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN STUDI EKSPERIMEN DAN MODEL NUMERIK

Transkripsi

1 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru EVALUASI KEKUATAN LATERAL DINDING BATA DALAM STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN STUDI EKSPERIMEN DAN MODEL NUMERIK Januarahmad Erva 1, Madawat, Jafrl Tanjung 3 1 Mahasswa Teknk Spl/Insttut Teknolog Padang Dosen Teknk Spl/Insttut Teknolog Padang 3 Dosen Teknk Spl/Unverstas Andalas aokz156@gmal.om ABSTRAK Makalah n memuat hasl pengujan struktur dan analss numerk untuk struktur rangka beton bertulang ang ds dengan dndng bata terhadap beban lateral. Dalam peneltan n duj struktur rangka beton bertualang tanpa dndng bata dan dengan dndng bata ang merupakan model struktur dengan skala kel dar struktur rangka ang umum pada gedung beton bertulang. Pengujan dlakukan seara push over dengan memberkan beban lateral seara monoton. Hasl pengujan mendapatkan bahwa dndng bata memberkan konstrbus ang ukup sknfkan terhadap kekuatan lateral struktur rangka seara keseluruhan. Hasl pengujan struktur dbandngkan dengan hasl analss numerk dengan pemodelan dndng. Dalam pemodelan, dndng bata danalss dengan model strut dagonal ekvalen dmana kekuatan lateral dndng bata devaluas berdasarkan lebar strut dagonal ang dnatakan dalam fungs tngg kontak antara kolom dan dndng. Tngg kontak antara kolom dan dndng danalss berdasarkan tegangan tekan ang terjad pada daerah kontak antara dndng dan kolom. Sebaga haslna ddapatkan kekuatan lateral dan daktltas dndng bata hasl model ang ukup mendekat hasl ekspermen. Kata kun: dndng bata, kekuatan lateral, model strut dagonal ekvalen, struktur rangka beton bertulang. 1. PENDAHULUAN Dndng bata dalam struktur rangka beton bertulang sangat umum dgunakan pada bangunan gedung d negara berkembang termasuk Indonesa dengan alasan kemudahan dalam teknk pengerjaan dan juga dkarenakan baa ang murah. Dalam perenanaan gedung, keberadaan dndng dndng bata basana dabakan dalam perhtungan beban gempa dengan hana menganggap dndng bata sebaga prats atau pengs dalam struktur rangka. Dndng bata hana dperhtungkan dalam menghtung berat sendr struktur. Berdasarkan pengalaman gempa ang terjad d Indonesa mendapatkan bahwa beberapa gedung struktur rangka beton bertulang ang memlk dndng bata sebaga prats menunjukan performane ang lebh selama gempa dbandngkan dengan gedung ang tanpa/sedkt dndng bata dalam struktur rangkana (Madawat at all, 8). Beberapa penelt sebelumna telah mendapatkan bahwa dndng bata dalam struktur rangka dapat menngkatkan kekakuan lateral pada struktur rangka dan gedung beton betulang (Chaker and Cherfat, 1999; Madawat, 11,). Namun mash terdapat nla konstrbus kekuatan dan daktltas ang beragam dar hasl peneltan-peneltan tersebut terhadap struktur rangka beton bertulang. Oleh karena tu dalam peneltan n akan dlakukan pengujan struktur dan analss seara numerk terhadap struktur rangka beton bertulang dengan dndng bata. Pengujan dlakukan seara push over dengan memberkan beban lateral seara monoton. Hasl pengujan struktur dbandngkan dengan hasl smulas pemodelan dndng. Dalam peneltan n, dndng bata dalam struktur rangka danalss dengan metoda strut dagonal ekvalen dkembangkan oleh Madawat et al (Madawat, 13). Dalam model n, kekuatan lateral dndng bata ddapatkan berdasarkan lebar strut dagonal dan tngg kontak antara kolom dan dndng ang devaluas berdasarkan tegangan tekan ang terjad ddaerah kontak tersebut. 177

2 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru. STUDI EKSPERIMEN Model struktur Pengujan dlakukan pada (dua) model struktur atu struktur rangka beton bertulang tanpa dndng (BF) dan struktur rangka dengan dndng bata (IFFW). Struktur rangka beton bertulang memlk ukuran luas penampang balok 15x15 mm, tulangan utama dan tulangan sengkang balok adalah masng-masng 6D16 dan Ø8-5. Ukuran penampang kolom 15x15 mm dengan tulangan pokok dan sengkang masng-masng adalah 4D1 dan Ø4-5. Dndng terbuat dar bata dengan ukuran skala kel sehngga tebal dndng menjad 7 m termasuk plester d kedua ss dndng. Detal penampang struktur rangka dan tulangan dtunjukan dalam Gambar 1. a). Struktur Rangka tanpa Dndng (BF) b) Struktur Rangka dengan Dndng (IFFW) Gambar 1. Struktur Rangka Beton Bertulang Dengan dan Tanpa Dndng Bata Materal struktur Data materal ang dgunakan dalam rangka beton bertulang ddapatkan dar hasl pengujan pada setap komponen materal ang dgunakan antara lan beton, baja tulangan, dndng bata. Mutu materal beton ddapatkan melalu uj kuat tekan sample slnder beton berumur 8 har, kuat tekan dndng melalu uj tekan masonr prsm dan uj tark untuk mutu tulangan. Pengujan materal dlakukan dengan menggunakan mesn Unversal Testng Mahne (UTM) d Laboratorum Materal dan Struktur Teknk Spl Unverstas Andalas padang, sedangkan untuk pengujan kuat tark baja dlakuakan d Labor Teknk Mesn Fakultas Teknk Industr Insttut Teknolog Padang. Kedua model struktur melk materal propoertes ang sama ang dtunjukan dalam Tabel 1. Nla Modulus elaststas beton, E ddapatkan dengan berdasarkan SNI dan modulus elaststas dndng bata ddapat dengan asums dmana nla k berksar antara 5 ~ 6 ( Drdale et al, 1993). Tabel 1. Data Materal 178 ' E = 47 f E = kf Beton Tulangan) Dndng Bata f (N/mm ) E (N/mm f (N/mm ) ) f (N/mm ) Es fm Em D1 ϕ4 (N/mm ) (N/mm ) (N/mm ) Metode pengujan Model struktur dtempatkan pada frame pengujan dengan memberkan aktuator pengujan berupa load ell untuk memberkan beban lateral d balok atas struktur rangka dsambungkan dengan data logger menggunakan kabel untuk pembaaan beban saat pengujan. LVDT dpasang pada ujung ss balok atas ang berlawan dengan ss pemberan beban pengukuran dsplaement lateral saat pengujan. Ilsustras setup pengujan lateral monolk dtunjukan dalam Gambar. Beban lateral dberkan seara monotonk pada ke dua model struktur rangka dengan menggunakan hdraul jak ang dberkan seara bertahap melalu load ell dengan mengontrol perpndahan lateral ang dukur dengan LVDT. Lebar retak pada struktur ang terjad akbat pembebanan dukur dan dgambarkan dalam sketsa. Beban akan terus dtngkatkan sampa perpndahan lateral maksmum namun pembebanan akan dhentkan jka struktur tdak sanggup lag menahan beban. Gambar 3 menunjukan struktur rangka beton bertulang tanpa dndng setelah dset pada frame pengujan. m ' m

3 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru Load Cell LVDT Model struktur Gambar. Skematk Bentuk Pengujan Hasl pengujan Gambar 3. Test Sett up Pengujan Retak dan keruntuhan struktur rangka tanpa dndng Pada struktur rangka tanpa dndng bata kerusakan pertama kal terjad pada kolom kr bawah dengan beban sebesar 1,7 kn, kemudan kerusakan terjad pada kolom sebelah kanan bagan bawah dengan beban sebesar 1,5 kn. Seterusna beban dtambah seara konstan hngga pada saat beban 35,8 kn terjad retak pada kolom sebelah kr dan kemudan dkut keretakan ang lanna pada kolom dan balok terutama pada bagan jont antara balok dan kolom. Struktur BF menapa kapastas lateral maksmum sebesar 39,8 kn dan selanjutna kekuatan lateral kolom menurun sepert dtunjukan dalam Gambar 5(a). Pola retak dan bentuk keruntuhan struktur rangka tanpa dndng bata dtunjukan dalam Gambar 4(a). Retak dan keruntuhan struktur rangka dengan dndng bata Retak pertama pada struktur IFFW terjad pada kolom kr bagan atas saat beban 9,4 kn dan dlanjutkan retak-retak pada bagan n saat beban dtngkatkan menjad 3 kn. Retak pada kolom kanan bagan bawah terjad saat beban 3 kn. Retak geser pertama pada dndng terjad d bagan kr bawah saat beban 46,6 kn. Selanjutna retak pada dndng bagan kanan atas terjada saat beban 56,6 kn. Retak lentur pada kolom munul dan retak pada dndng terus berkembang dengan menngkatna beban lateral pada struktur. Retak dagonal d tengah panel dndng munul saat beban 58,8 kn. Pada saat beban 98,7 kn, plester pada dndng mula terkelupas dan terus membesar sehngga hampr sebagan luas permukaan dndng sepert dtunjukan dalam Gambar 4(b). Retak dagonal n terus memanjang dan membesar pada saat beban sebesar 11,1 kn. Pada saat beban maksmum atu sebesar 11,5 kn dndng mengalam keruntuhan ang dtanda dengan retak dogonal makn melebar (Gambar 4b) dan kemampuan struktur menahan beban lateral menurun sepert dtunjukan dalam Gambar 5(b). 179

4 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru a). Struktur Rangka tanpa Dndng (BF) b) Struktur Rangka dengan Dndng (IFFW) Gambar 4. Pola Retak dan Keruntuhan Struktur Rangka Tanpa dan Dengan Dndng Bata Hubungan kekuatan dan dsplaement lateral Kapastas sesmk struktur rangka tanpa dndng dan dengan dndng dnatakan dalam hubungan kekuatan lateral dan perpndahan lateral sepert dtunjukan dalam Gambar 5. Dar Gambar 5 dketahu bahwa struktur rangka beton bertulang dengan dndng bata memlk kekuatan lateral hampr dua setengah kal lebh besar dar pada struktur rangka tanpa dndng. Namun daktltas struktur rangka dengan dndng bata turun sebesar 75% dar daktltas struktur rangka tanpa dndng. Hal n dtunjukan dengan perpndahan lateral pada kekuatan lateral maksmum struktur rangka dengan dndng jauh lebh kel dbandngkan dengan struktur rangka tanpa dndng. 14 BF 14 IFFW Kekuatan lateral (kn) Qmax=39.8 kn Kekuatan lateral (kn) Qmax=11.5 kn Perpndahan lateral (mm) Perpndahan lateral (mm) 1 (a) Struktur Rangka tanpa Dndng (BF) (b) Struktur Rangka dengan Dndng Bata (IFFW) Gambar 5. Hubungan Kekuatan Lateral dan Perpndahan Lateral Struktur Kekuatan lateral dndng seara ekspermen dapat evaluas dengan mengekstrak kekuatan lateral struktur rangka dengan dndng terhadap kekuatan lateral struktur rangka tanpa dndng pada saat perpndahan lateral ang sama. Sebaga haslna, kekuatan lateral dndng bata dtunjukan dalam Gambar 6. Hasl n menjelaskan bahwa dndng bata mempuna kekuatan lateral ang ukup besar sehngga dndng bata dalam struktur rangka berkontrbus dalam menahan beban gempa. 18

5 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru Kekuatan lateral (kn) Dndng bata (Test) 4 6 Perpndahan lateral (mm) 8 Gambar 6. Hubungan Kekuatan Lateral dan Perpndahan Dndng Bata 3. PEMODELAN DINDING BATA Kapastas sesmk dndng bata seara numerk devaluas dengan menggunakan metode strut dagonal ekvalen (dagonal strut equvalent) ang dkembangkan oleh Madawat et all. (Madawat, 13). Dalam model n, keberadaan dndng bata dalam struktur rangka dgantkan oleh strut dagonal ekvalen ang mempuna ketebalan dan materal ang sama dengan panel dndng. Tegangan tekan dsepanjang tngg kontak antara dndng dan frame danalsa sebaga blok segempat ekvalen dmana rata-rata kuat tekan dndng, f m, ddapatkan dengan mengalkan kuat tekan dndng, f m dengan faktor reduks, α. Gaa tekan dagonal pada dndng bata, C s danalss berdasarkan lebar strut, W ang ddapatkan berdasarkan tngg kontak ang terjad antara dndng dan kolom, h s saat pembebanan lateral sepert dtunjukan dalam Gambar 7(a). Besarna gaa C s dberkan dalam persaman (1) Gaa tekan terdstrbus seara merata sepanjang tngg kontak dndng-kolom ang dtetapkan menjad gaa dstrbus horzontal, C h dan gaa vertkal, C v sepert dtunjukan dalam Gambar 7(b) dan dtentukan masng-masng dengan persamaan () dan (3). Cs' W' Cs' Cs W Ch θ Cs C Mu Qu (a) Strut Dagonal pada Dndng b) Gaa Strut pada Kolom Gambar 7. Model Strut Dagonal Dndng C = W t f ' (1) s m = t f ' os θ () h m v = t f m 'sn θ os θ (3) dengan: t : tebal dndng (mm) f m : kuat tekan dndng masonr (N/mm ) Ɵ : Sudut kemrngan strut dndng sepert dtunjukan dalam Gambar 7(a) 181

6 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru Berdasarkan pada Gambar 7(b), gaa dstrbus momen ang terjad setngg kolom M(), ddapat dengan rumus (4) dan (5). Untuk h s 1 M( ) = = Mu Qu + h (4a) Jka H 1 M ( ) = = M u Qu + h h (4b) N M = + u.8. at. σ. D.5. N. D. 1 (5) b. D. F dengan : M u : momen ultmt (N/mm ) Q u : gaa geser ultmate kolom (N/mm ) h s : tngg kontak (mm) : tngg kolom setngg ang dtnjau (mm) H : tngg kolom (mm) a : luas tulangan tark pada kolom (mm ) t σ : tegangan leleh tulangan (N/mm ) D : panjang penampang kolom (mm) N : gaa axal (N/mm ) b : lebar penampang kolom (mm) Untuk menentukan perpndahan lateral ang terjad setngg kolom δ() dengan mengntegralkan dua kal persamaan (4)/EI maka ddapatkan persamaan (6). Untuk h s δ ( ) = Q + = M (6a) h u u EI 4 6 Jka H ( ) h Q + M h + h h δ = (6b) h s u = u h s h s h s EI dengan : δ : perpndahan kolom (mm) E : modulus elaststas beton (N/mm ) I : nersa kolom (mm 4 ) Dengan asums putaran sudut setngg kolom adalah, maka besarna gaa lateral ddasar kolom ddapat dengan persamaan (7). dengan : Q 3 = M h (7) H H 3H u h u = + h + Perpndahan lateral kolom d punak, δ = h sama dengan perndahan dndng δ = h, maka besarna perpndahan dndng sepanjang tnggna dnatakan dengan persamaan (8). ( = H ) δ ( ) = δ (8) H Ttk potong pertemuan antara perndahan lateral kolom dan perndahan lateral dndng dtentukan dengan persamaan (9), nla n dapat terpenuh dengan dlakukan teras dengan metode newton-rhapson. ( ) δ ( ) δ = 18 (9)

7 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru Tngg kontak (h s) antara dndng dan kolom (Gambar 7a) dtentukan dengan mengasumskan suatu nla awal h s terlebh dahulu (msalkan h s=h/), kemudan htung ttk potong perpndahan lateral kolom dan dndng, dhtung dengan ara djelaskan d atas. Jka terpenuh konds = h s, maka h s adalah tngg kontak dndng-kolom, namun jka h s maka lakukan teras dengan mengurang nla h s sampa terpenuh = h s. Lebar strut dndng dnatakan dalam fungs nla h s ang dberkan dalam persamaan (1) W = h s os θ (1) Kekakuan dndng, K atu nla kekakuan pada saat eld dtentukan dengan pada persamaan (11) dan perpndahan dndng saat eld dtentukan dengan persamaan (1). K os θ = Em. W. t (11) d Cs.osθ δ = k dengan : d : panjang dagonal dndng (mm) Kapastas sesmk dndng bata hasl Berdasarkan model ang djelaskan d atas, untuk struktur rangka dengan dndng bata dalam peneltan n ddapatkan tngg kontak antara dndng dan kolom untuk struktur rangka dengan dndng bata ddapat h s=98 mm, maka lebar strut dagonal dndng W = 45,5 mm, gaa tekan dagonal pada dndng C s=96, kn dan kekuatan lateral ultmate dndng bata dapat dtentukan sebaga Q u = C s osθ. Sebaga haslna kapastas sesmk dndng bata dnatakan dalam bentuk blner sepert dtunjukan dalam Gambar 9. Dalam Gambar 9 menunjukan nla kekuatan lateral ultmate dndng hasl smulas dengan model strut ukup dekat antara hasl pengujan struktur. Hal n menunjukan bahwa kekuatan dan perpndahan lateral dndng dapat danalss seara numerk dengan model strut dagonal. (1) Kekuatan lateral (kn) Dndng bata (Test) Dndng bata (Model) 6 Perpndahan lateral (mm) 8 Gambar 9. Perbandngan Kapastas Sesmk Dndng Bata Hasl Ekspermen dan Analss Pemodelan. 4. KESIMPULAN Evaluas kekuatan lateral dndng bata dalam struktur rangka beton bertulang dlakukan dengan ara pengujan model struktur dlaboratorum dengan beban satu arah (monotonk) dan dengan analss numerk berdasarkan model strut dagonal ekvalen ang menmpulkan sebaga berkut: a. Pengujan dlakukan pada model struktur rangka tanpa dndng bata dan struktur rangka dengan dndng bata, ang mendapatkan kekuatan lateral struktur rangka dengan dndng bata dua setengah kal lebh tngg dar struktur rangka tanpa dndng. 183

8 Annual Cvl Engneerng Semnar 15, Pekanbaru b. Kekuatan lateral dndng bata devaluas hasl pengujan struktur ddapatkan dndng bata mempuna kekuatan lateral ang ukup besar sehngga dasumskan dndng bata dalam struktur rangka berkontrbus dalam menahan beban gempa. Nla kekuatan lateral ultmate dndng bata hasl smulas dengan model strut dagonal ukup dekat antara hasl pengujan struktur. Hal n menunjukan bahwa kekuatan dan perpndahan lateral dndng dapat danalss seara numerk dengan model strut dagonal. DAFTAR PUSTAKA Chaker AA, Cherfat A. (1999). Influene of masonr nfll panels on the vbraton and stffness haratersts of R/C frame buldngs. Earthquake Engneerng Strut. Dn. Vol. 8. No. 9. pp Drsdale, R. G., Hamd, A. A., and Baker, R. L. (1993). Masonr strutures: behavor and desgn, prente hall In., Upper Saddle Rver, NJ. Madawat and Yasush SANADA. (8). Investgaton and analss of buldngs damaged durng the september 7 Sumatra, Indonesa Earthquakes. Journal of Asan Arhteture and Buldng Engneerng, Vol. 7 (), Madawat, Sanada Y, Konsh D, and Tanjung J., (11). Sesm performane of nonstrutural brk walls used n Indonesan R/C buldngs. Journal of Asan Arhteture and Buldng Engneerng, Vol. 1 (1), 3-1. Madawat, and Y Sanada. (13). Modelng of brk masonr nfll and applaton to analses of Indonesan R/C frame buldngs In: Prodng of Internatonal Conferene EASEC-13, Sapporo, Japan SNI Tata ara perenanaan struktur beton untuk bangunan gedung,. 184