EFEK BERBAGAI JARAK EXTERNAL CONFINEMENT TERHADAP DEFORMABILITY BETON (240S) Endah Safitri 1, Nuroji 2, Antonius Mediyanto 3 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: safitri47@gmail.com 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Diponegoro; Jl. Prof Sudarto Semarang Email : nuroji.undip@gmail.com 3 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: antoniusmediyanto@yahoo.co.id ABSTRAK Semakin tinggi mutu beton semakin besar kemampuan beton untuk menahan suatu beban, akan tetapi semakin kecil kemampuan beton untuk berdeformasi. Hal ini karena beton dengan mutu tinggi mempunyai kondisi regangan yang kecil sehingga bersifat getas/brittle. Sehingga diperlukan suatu penelitian untuk mendapatkan beton dengan kuat tekan yang tinggi, tetapi sekaligus juga daktail. Pengekangan (confinement) beton adalah salah satu cara untuk meningkatkan daktilitas dan kuat tekan beton. Pada penelitian ini dipakai external confinement berupa cincin baja. Cincin baja ini dibuat dari tabung silinder baja yang dipotong dengan lebar tertentu (a) sehingga mirip cincin. Cincin baja tersebut dipasang dengan jarak tertentu antar cincin (b). Dengan nilai lebar cincin (a) yang konstan dan variasi pada jarak antar cincin baja (b), maka akan didapatkan variasi nilai rasio a/b yang akan memberikan efek kekangan pada beton. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa cincin baja efektif sebagai external confinement dalam mengekang beton. Kemampuan beton untuk mendukung beban sekaligus berdeformasi meningkat seiring dengan semakin rapatnya jarak antar cincin. Peningkatan regangan maksimum beton untuk masing-masing jarak 90, 47 dan 25 cm adalah 286,885%, 313,115% dan 321,311%. Kata kunci: deformability, efek, external confinement, jarak antar kekangan 1. PENDAHULUAN Deformasi diartikan sebagai perubahan bangun dari sistem struktur yang terbuat dari bahan yang memiliki kelentukan, akibat beban ataupun pengaruh luar (Hariandja, 1996). Dalam menjabarkan ekstensi dari perubahan bangun yang terjadi, didefinisikan regangan (strain) sebagai besaran pengukur. Deformability beton berbanding terbalik dengan mutu beton. Semakin tinggi mutu beton semakin besar kemampuan beton untuk menahan suatu beban, akan tetapi semakin kecil kemampuan beton untuk berdeformasi. Hal ini karena beton dengan mutu tinggi mempunyai kondisi regangan yang kecil sehingga bersifat getas/brittle. Gambar 1. memperlihatkan bahwa semakin rendah kekuatan beton, semakin tinggi regangan kegagalannya yang memperlihatkan beton semakin daktail. Panjang dari bagian awal yang relatif linier meningkat seiring dengan meningkatnya kekuatan tekan beton dan adanya penurunan deformability yang nyata dengan kekuatan yang bertambah Gambar 1. Kurva tegangan-regangan beton untuk berbagai kekuatan beton (Nawy dkk, 2010) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 S - 321
Oleh karena itu semakin besar suatu bahan mampu berdeformasi bisa dikatakan bahan tersebut semakin daktail. Banyak penelitian dilakukan untuk mendapatkan beton dengan kuat tekan yang tinggi, tetapi sekaligus juga daktail. Pengekangan (confinement) beton adalah salah satu cara untuk meningkatkan daktilitas dan kuat tekan beton. Hal ini bisa dicapai karena pengekangan mencegah ekspansi lateral yang terjadi akibat efek poison selama pembebanan berlangsung. Pengaruh pengekangan tidak akan timbul sampai dengan tercapainya tegangan lateral yang diakibatkan efek Poisson. Pengekangan tidak meningkatkan kekuatan dan daktilitas disaat awal pembebanan. Pengekangan baru efektif setelah tegangan aksial mencapai 60% dari kuat tekan maksimum silinder beton (Jeffry dan Hadi, 2008). Oleh karena itu kekangan akan menambah besar tegangan dan regangan tekan maksimum beton. Pada elemen beton bertulang, pengekangan efektif pada daerah tekan penampang beton terutama pada elemen struktur yang menerima gaya aksial tekan dominan yaitu kolom. Kekangan yang umum dipakai adalah internal confinement berupa tulangan sengkang baik spiral maupun persegi. Berbagai penelitian dengan berbagai macam konfigurasi tulangan sengkang telah banyak dilakukan. Penelitian-penelitian tersebut bertujuan untuk menghasilkan daerah kekangan yang lebih baik.. Akan tetapi tulangan lateral tersebut hanya mampu menyelamatkan inti (core) beton. Hal ini dikarenakan selain berfungsi sebagai tulangan geser, tulangan lateral tersebut juga berfungsi sebagai pengekang (confined) beton agar tidak terjadi pengurangan inti (core) beton yang berlebihan (akibat pecahnya beton) terutama pada kolom yang mendapat beban aksial. Walaupun pada kenyataannya SNI 03-2847-2002 pasal 23.4.4. telah mengakomodir hal ini agar bila terjadi spalling pada pelindung beton tidak akan menyebabkan kehilangan kekuatan beban aksial kolom. Akan tetapi akibat spalling sangat merugikan pada elemen struktur yang bersangkutan. Tulangan longitudinal kolom yang kelihatan beresiko korosi yang akan menyebabkan penurunan kekuatan tulangan tersebut. Oleh karena itu, paper ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh kekangan external confinement sebagai alternatif lain dari pengekangan yang diharapkan selain mampu meningkatkan kapasitas dukung beton juga mampu menyelamatkan selimut beton. 2. KAJIAN PUSTAKA Perilaku beton terkekang akan sangat dipengaruhi oleh efektivitas pengekangnya. Dari penelitian Imran (2010) didapatkan kurva yang memperlihatkan bahwa beton mengalami peningkatan kekuatan dan deformability (kemampuan untuk berdeformasi) seiring dengan meningkatnya tegangan lateral yang diaplikasikan pada beton, seperti yang terlihat pada Gambar 2. Gambar 2. Perilaku beton untuk berbagai level confinement (Imran, 2010) Adanya confinement menyebabkan termobilisasinya tegangan tekan lateral pada saat beton menahan beban tekan aksial, sehingga timbul kondisi tegangan tiga arah atau, dalam batas-batas tertentu, tegangan tekan triaksial simetris. Semakin tinggi nilai tekanan lateral yang termobilisasi akibat kekangan, semakin membaik perilaku beton yang dihasilkan terhadap beban aksial tekan, ditandai dengan tertundanya mekanisme ekspansi yang terjadi. Hal ini yang menyebabkan material beton menunjukkan perilaku mekanik yang lebih baik jika diberi kekangan (confinement). Untuk menyelamatkan selimut beton, akhir-akhir ini dikembangkan penelitian tentang Concrete Filled Steel Tubes (CFST). Muslikh (2005), Ellobody dkk (2006), Yu dkk (2007), Yu dkk (2010), Roeder dkk (2010), Huang dkk (2010), Song dkk (2010) dan Aly dkk (2010) mengembangkan berbagai macam penelitian tentang CFST dengan memakai berbagai macam tipe beton dan kondisi pembebanan. Pada tipe kolom CFST, selubung baja selain sebagai external confinement juga sebagai external reinforcment, sehingga sangat berbahaya jika terjadi korosi karena akan terjadi penurunan kekuatan tulangan pendukung kolom. Pada penelitian ini cincin baja hanya berfungsi sebagai S - 322 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
external confinement, sehingga tidak perlu menyelubungi seluruh tinggi kolom dan dapat menghemat biaya konstruksi. 3. METODE PENELITIAN Untuk mengetahui efek kekangan external confinement terhadap deformability beton dipakai tabung silinder baja sebagai external confinement-nya. Tabung silinder baja ini dipotong dengan lebar tertentu (a) sehingga mirip cincin. Cincin baja tersebut dipasang dengan jarak tertentu antar cincin (b). (Gambar 3). Gambar 3. Benda uji silinder beton terkekang cincin baja Dengan nilai lebar cincin (a) yang konstan dan variasi pada jarak antar cincin baja (b), maka akan didapatkan variasi nilai rasio a/b yang akan memberikan efek kekangan pada beton. Benda uji berupa silinder beton tinggi 30 cm dan diameter 15,5 cm. Cincin baja yang dipakai diameter dalam 15,5 cm tebal 2,5 mm dan fy = 400 Mpa. Pada a yang konstan sebesar 40 cm dipakai variasi b sebesar 90, 47, dan 25 cm dengan masing masing rasio a/b adalah 0,444; 0,851 dan 1,6. Karena cincin baja sebagai external confinement dipasang bersamaan dengan pengecoran adukan beton maka perlu disiapkan cetakan silinder beton secara khusus(gambar 4). Gambar 4. Variasi benda uji dan bekistingnya Instrumen yang diperlukan untuk pengujian silinder beton adalah Compression Testing Machine dengan kapasitas maksimum 2000 kn, LVDT (Linear Variable Differential Transformer) dan datalogger. Pada setiap penambahan beban 10 kn, data nilai pemendekan arah longitudinal (aksial) diukur dengan LVDT dan dibaca dengan menggunakan data logger. Dari data tersebut dapat diukur besarnya arah regangan (ε) yang terjadi dengan rumus : L ε (1) L Dimana ΔL : pemendekan arah longitudinal, dan L : tinggi beton relative (jarak antara 2 ring = 20 cm), Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 S - 323
4. HASIL DAN PEMBAHASAN (a). Beton tak terkekang (b). Beton terkekang Gambar 5. Pengujian silinder beton Setelah 1 hari dari pengecoran beton, benda uji dilepaskan dari bekistingnya (Gambar 6). Benda uji kemudian direndam pada bak perawatan beton. Pada hari ke 21 benda uji dikeluarkan dan diangin-anginkan pada suhu ruang. Pada hari ke-28 benda uji siap dilakukan pengetesan. a (mm) 0 40 40 40 b (mm) 300 90 47 25 a/b 0 0,444 0,851 1,6 Gambar 6. Benda uji beton dengan berbagai variasi rasio a/b Tabel 1. Hasil uji daya dukung beton dengan berbagai variasi rasio a/b Kode Benda Uji Rasio a/b Daya dukung beton (MPa) Peningkatan (%) 0/300 40/90 40/47 40/25 0 0,444 0,851 1,6 20,149 39,767 50,770 60,447-97,365 151,973 200,000 Dari tabel diatas terlihat semakin rapat jarak antar cincin baja maka semakin besar beban yang bisa didukung beton. Ketika beton tanpa sekangan cincin baja menerima beban sebesar P, beban tersebut akan diteruskan dari permukaan hingga mengenai agregat beton sehingga mengakibatkan tumbukan atau gesekan pada agregat beton. Akibat adanya gesekan ini, terjadi retak-retak mikro pada beton. Retak mikro ini diawali pada daerah transisi antara agregat dan pasta. Karena beban P yang bekerja terus menerus, maka retak mikro ini akan berkembang dengan cepat menjadi retak makro yang menyebabkan inti beton mengalami deformasi dalam arah lateral sampai beton mengalami keruntuhan. Keruntuhan beton ini awalnya ditandai dengan lepasnya selimut beton (spalling), kemudian retak longitudinal yang semakin lebar sampai beton hancur. Sedangkan pada beton dengan sekangan cincin baja, cincin baja akan memberikan tekanan kekangan (confine) di sekeliling penampang beton saat terjadi pembebanan. Pada percobaan di laboratorium, saat beton sudah mencapai sekitar 50% beban maksimum (P max beton tanpa kekangan) maka cincin baja mulai aktif bekerja dengan memberikan tegangan lateral pada inti beton untuk menahan inti beton dari deformasi lateral yang berlebihan. Kekangan cincin baja pada beton i akan menahan tegangan yang terjadi pada sampai dengan batas tegangan lateral yang diberikan oleh cincin baja. Semakin rapat jarak antar cincin baja, maka daerah kekangan semakin luas sehingga beton mampu menerima beban aksial lebih besar. Meningkatnya daya dukung beton juga terbukti meningkatkan kemampuan beton dalam S - 324 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
berdeformasi. Terlihat pada Gambar 7 regangan kegagalan beton dengan kekangan jauh lebih besar daripada beton tanpa kekangan. 80 70 60 50 Kuat tekan fc' (MPa) 40 30 0/300 40/90 40/47 20 40/25 10 0 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02 Regangan Gambar 7. Grafik hubungan tegangan-regangan beton dengan berbagai variasi rasio a/b Tabel 2. Hasil uji regangan maksimum beton dengan berbagai variasi rasio a/b Kode Benda Uji Rasio a/b Regangan maksimum Peningkatan (%) 0/300 40/90 40/47 40/25 0 0,444 0,851 1,6 0,00305 0,01180 0,01260 0,01285-286,885 313,115 321,311 Gambar 7 dan Tabel 2 diatas memperlihatkan bahwa kekangan mampu meningkatkan kemampuan beton untuk berdeformasi seiring dengan meningkatnya tegangan lateral yang diaplikasikan pada beton. 5. KESIMPULAN Dari uraian diatas memperlihatkan bahwa cincin baja efektif sebagai external confinement dalam mengekang beton. Kemampuan beton untuk mendukung beban sekaligus berdeformasi meningkat seiring dengan semakin rapatnya jarak antar cincin. Semakin rapat jarak antar cincin baja, maka daerah kekangan semakin luas sehingga beton mampu menerima beban aksial lebih besar dan beton lebih kaku tetapi tidak bersifat getas (brittle). 6. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih kepada Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan untuk pendanaan yang diberikan pada penelitian ini melalui Program Hibah Bersaing Tahun 2013, DP2M Dikti. Selain itu juga untuk Laboratorium Bahan Teknik Sipil UNS dan Laboratorium Struktur Teknik Sipil UGM atas bantuan tempat pelaksanaan serta alat pengujiannya. 7. DAFTAR PUSTAKA Aly, T.; Thayalan, P.; Elchalakani, M.; dan Patnaikuni, I. (2010), Theoritical Study on Concrete-Filled Steel Tubes Under Static and Variable Repeated Loadings, Journal of Constructional Steel Research, Volume 66, 111-124 Ellobody, E.; Young, B.; dan Lam, D. (2006), Behaviour of Normal and High Strength Concrete-Filled Compact Steel Tube Circular Stub Columns, Journal of Constructional Steel Research, Volume 62, 706-715 Hariandja, B. (1996), Mekanika Teknik : Analisis Lanjut Sistem Struktur Berbentuk Rangka, Penerbit Erlangga, Jakarta Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 S - 325
Huang, H.; Han, L.h.; Tao,Z.; Zhao,X.L. (2010), Analytical Behavior of Concrete-Filled Double Skin Steel Tubular (CFDST) Stub Columns, Journal of Constructional Steel Research, Volume 66, 542-555 Imran, I. (2010), Confinement Sebagai Pensinergi Material Beton dan Baja Tulangan pada Struktur Bangunan Tahan Gempa, Pidato Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung, Bandung Jeffry, R.; Hadi,M.N.S. (2008), The Effect of Confinement Shapes on Over Reinforced HSC Beams, World Academy of Science, Engineering and Technology 40, 286-293 Muslikh (2005), Pengaruh Kekangan Beton Terhadap Interaksi Gaya Aksial dan Momen Ultimit Pada Kolom Tubular Komposit Lingkaran, Disertasi ITB, Bandung Nawy, E.G.; Tavio; dan Kusuma,B. (2010), Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar Edisi Kelima Tata Cara ACI 318-05, ITS Press, Surabaya Purwono, R.; Tavio; Imran, I.; dan Raka, I.G.P. (2007), Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002) Dilengkapi Penjelasan (S-2002), Penerbit ITS Press, Surabaya Roeder, C.W.; Lehman, D.E.,; dan Bishop, E. (2010), Strength and Stiffness of Circular Concrete-Filled Tubes, Journal of Structural Engineering ASCE, Volume 12, Desember 2010, 1545-1553 Song, T.Y.; Han, L.H.; Yu, H.X. (2010), Concrete Filled Steel Tube Stub Columns Under Combined Temperature and Loading, Journal of Constructional Steel Research, Volume 66, 369-384 Yu, Z.W.; Ding, F.; dan Cai, C.S. (2007), Experimental Behavior of Circular Concrete-Filled Steel Tube Stub Columns, Journal of Constructional Steel Research, Volume 63, 165-174 Yu, M.; Zha, X.; Ye, J.; dan She, C. (2010), A unified Formulation for Hollow and Solid Concrete-Filled Steel Tube Columns Under Axial Compression, Engineering Struture, Volume 32, 1046-1053 S - 326 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013