PENGARUH BEBAN TEKAN AKSIAL TERHADAP PERILAKU GESER KOLOM BERSENGKANG CROSSTIES Taufiq Saidi 1, Rudiansyah Putra 2, Munawir 3 1 Anggota HPJI, Dr, stafpengajarpadafak.teknikunsyiah Banda Aceh 2 ST, M.Sc, stafpengajarpadafak.teknikunsyiah Banda Aceh 3 ST, mahasiswapascasarjanapada Magister TeknikSipilUnsyiah Banda Aceh Abstrak Makalah ini memaparkan hasil penelitian terhadap tiga buah benda uji kolom dengan tulangan sengkang extra crossties. Masing-masing benda uji diberikan beban tekan aksial konstan yang berbeda dan beban geser diberikan secara bertahap hingga hancur. Ketiga benda uji memperlihatkan pola kehancuran geser, dimana untuk benda uji dengan beban aksial 0,4P 0 memperlihatkan kehancuran geser tarik dan benda uji 0,3P 0 dan 0,4P 0 memperlihatkan pola kehancuran geser tekan. Kapasitas geser hasil pengujian lebih besar dari hasil perhitungan, hal ini diperkirakan merupakan sumbangan dari tulangan sengkang extra crosstie merupakan effek dari peningkatan kekangan inti beton. Benda uji dengan beban aksial konstan yang lebih besar memperlihatkan mampu menahan beban geser yang lebih besar pula. Kata kunci: kolom beton bertulang, sengkang crosties, beban tekan aksial, perilaku geser, efek kekangan beton. 1. Pendahuluan Pada saat terjadi gempa kolom beton bertulang akan memberikan respon inelastis. Agar kolom dapat bertahan selama memberikan respon inelastis, perlu direncanakan beton bertulang yang memiliki daktilitas yang cukup dan mampu menyerap energi secara baik. Secara umum telah diketahui bahwa tulangan sengkang memberi effek kekangan terhadap beton yang dapat meningkatkan daktilitas dan kapasitas penyerapan energi kolom beton bertulang. Sejumlah penelitian telah dilakukan untuk mempelajari pengaruh variasi sengkang tambahan terhadap kapasitas geser kolom beton bertulang dan efek kekangan yang diberikan terhadap beton inti kolom. Tulisan ini bertujuan untuk mengkaji efek kekangan terhadap beton inti kolom dengan penambahan tulangan sengkang ekstra crossties. Benda uji kolom beton bertulang diberikan beban aksial secara konstan dan beban lateral yang diberikan secara bertahap hingga benda uji hancur. Beberapa peneliti telah mempelajari pengaruh kekangan yang diberikan oleh tulangan sengkang terhadap inti beton kolom. Mander et al. (1988 a,b) mempelajari perilaku tegangan-regangan beton terkekang kolom dengan pemberian beban tekan aksial secara konsentris. Kolom dengan penampang bulat menggunakan tulangan spiral, sedangkan kolom persegi menggunakan
sengkang segi empat dan ortogonal. Parameter yang sangat menentukan bentuk kurva tegangan-regangan beton adalah jumlah tulangan sengkang, dimana dengan peningkatan rasio tulangan sengkang dapat meningkatan kekuatan dan slope kurva tegangan-regangan setelah melewati beban puncak mengecil. Hoshikuma J., et al. (1997) mengusulkan model tegangan-regangan beton terkekang untuk pier jembatan, dengan mempertimbangkan pier beton bertulang jembatan yang dibangun di Jepang memiliki penampang beto yang lebih besar sehingga rasio tulangan sengkang menjadi lebih kecil. Kedua peneliti di atas fokus terhadap effek kekangan yang ditimbulkan dengan adanya tulangan sengkang dengan beban tekan aksial. Oleh karena itu perlu diketahui peningkatan kemampuan geser kolom beton bertulang dengan adanya tulangan sengkang extra dengan variasi besaran beban tekan aksial. 2. Metoda Penelitian Tiga buah benda uji kolom beton bertulang dengan penampang 20 x 20 cm²dan tinggi 58 cm dibebani dengan beban aksial konstan yang berbeda, masing-masing sebesar 0,2P 0 (217,78 kn); 0,3P 0 (324,71 kn) dan 0,4 P 0 (434,58 kn), dimana P 0 kapasitas maksimum kolom dengan beban aksial. Ketiga benda uji menggunakan tulangan longitudinal 12D11,6 dengan f y= 356,5 MPadan tulangan sengkang Ø5,4 mm dengan f y= 611,3 MPa serta mutu beton 24 MPa.Ujung bawah kolom ditumpu secara jepit pada balok beton bertulang 30 x 30 cm²sepanjang 60 cm sedangkan bagian tepi atas dihubungkan ke bearing pemberi beban yang dapat berperilaku sebagai tumpuan rol dan terhubung ke loadcell beban aksial. Selama pengujian dilakukan pencatatan dan pengamatan terhadap besarnya defleksi, pola retak, regangan tulangan sengkang dan tulangan memanjang yang terjadi pada setiap peningkatan pemberian beban lateral hingga benda uji mengalami kegagalan dalam geser. Regangan yang terjadi baik pada tulangan maupun beton diukur dengan strain gauges. Strain gauges dipasang pada tulangan memanjang, tulangan sengkang, tulanga sengkang extra dan pada beton daerah tekan. Detail benda uji dan lokasi penempatan strain gauges dapat dilihat pada Gambar 1. Pada saat pengecoran benda uji kolom, juga dilakukan pengecoran benda uji kubus untuk mengetahui kuat tekan beton pada saat pengujian. Penomoran benda uji, besarnya beban aksial konstan yang diberikan untuk masing-masing benda uji dan jumlah benda uji dapat dilihat pada Tabel 1.
300 580 300 150 580 50 50 30 Beban Aksial Beban Aksial 200 12 D 11,6 200 Ø7,8-50 Beban Lateral I I 2 D 11,6 Ø5,4 - Ø5,4-150 Tulangan Utama Sengkang Normal Ø5,4-4 D 15,8 Ø7,6 - Ø7,6 - Ø7,6 - Ø7,6 - Sengkang Normal Beban Aksial 200 Beban Lateral Sengkang Ekstra Ø5,4 Beton Potongan I-I 12D11,6 Baut Pengikat 600 Gambar 1. Detail Benda Uji dan Lokasi Penempatan Strain Gauges No. Bendauji Tabel 1. Penomoran Benda Uji Bebantekanaksial Jumlahbendauji Jumlahbendauji P aks Kolom Kubus S C P1 0,2 P 0 1 3 S C P2 0,3 P 0 1 3 S C P3 0,4 P 0 1 3 Jumlah total bendauji 3 9
Kolom Frame Baja Balok Frame Baja atas Load Cell Beban Tekan Aksial Transducer 5 cm Trans du cer 10 cm B enda Uji Load Cell Beban Lateral Strong wall, susunan frame baja Hidr au lic Jack Hidr au lic Jack Balok Frame Baja bawah Strong Floor Gambar 2. Setup Benda Uji Benda ujidipasangsecarakakupadabalokbaja (frame) bagianbawah yang terhubungkandenganlantai (strength floor) sebagaimanadiperlihatkanpadagambar 2.Besarnyabeban, baikbebanaksialtekanmaupunbebangeser yang diberikandiukurload cell yang ditempatkanpadatitikpemberianbeban. Bebandiberikandenganmenggunaknhydraulic jack yang bertumpupadaframebaja.padaujungataskolomdimanabebantekanaksialdiberika nbearingyang berperilaku sebagai tumpuan rol, sehingga ujung atas kolom dapat bergerak bebas sesuai arah pemberian beban geser. Bebangeserbarudiberikansetelahbebantekanaksialtelahmencapaisebesarbeban yang diinginkan.denganmenjagabebantetapaksialtetapkonstan, bebangeserdiberikansecarabertahaphinggabendaujimencapaikegagalan.besarn yabebangeser, perkembanganretakdanregangan yang terjadibaikpadatulanganmaupunbetondicatatdandiamatipadasetiaptahappemberi anbebangeser 3. Hasil dan Pembahasan Ketiga benda uji memperlihatkan pola kehancuran geser, dimana untuk benda uji dengan beban aks.ial 0,4P 0 memperlihatkan kehancuran geser tarik dan benda uji 0,3P 0 dan 0,4P 0 memperlihatkan pola kehancuran geser tekan. Pola retak untuk ketiga benda uji dapat dilihat berturut-turut dalam Gambar 3, 4 dan 5 masing-masing untuk benda uji S C P1, S C P2, dan S C P3.
Sisi Kanan Sisi Kiri Gambar 3. Pola Retak Uji S C P1 Sisi Kanan Sisi Kiri Gambar 4. Pola Retak Uji S C P2
Sisi Kanan Sisi Kiri Gambar 5. Pola Retak Uji S C P3 Gambar 6 memperlihat kurva hubungan beban geser dan defleksi arah beban geser yang terjadi pada ujung atas kolom. Terlihat bahwa untuk benda uji S C P2 dan S C P3 memiliki kekakuan yang relatif sama pada awal pembebanan geser dan sedikit berbeda pada saat mendekati beban puncak. Hal ini diperkirakan karena benda uji S C P2 dengan beban tekan aksial yang kecil dibandingkan dengan S C P3 memungkinkan retak melebar secara cepat sehingga kekakuan cendrung mengecil. Sedangkan untuk benda uji S C P1 dengan beban aksial tekan yang paling kecil memiliki kekakuan yang rendah sejak awal pembebanan. Dengan beban tekan aksial yang lebih besar, perkembangan retak geser dapat dihambat perkembangannya. Hal ini terlihat dengan regangan yang lebih kecil yang terjadi pada tulangan sengkang pada benda uji dengan beban aksial tekan yang lebih besar, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 7. Kapasitas geser experimantal yang didapat lebih besar dari kapasitas geser hasil perhitungan, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 8. Perbedaan ini diperkirakan akibat faktor keamanan yang di cover oleh formula maupun merupakan pengaruh dari adanya tulangan sengkang extra yang dapat meningkatkan kekangan beton inti kolom.
Regangan Beban (kn) 180.0 160.0 140.0 Grafik Hubungan Kapasitas Geser terhadap Defleksi (Atas) Sengkang Crosstie 120.0.0 80.0 60.0 40.0 ScP1 ScP2 ScP3 20.0 0.0 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 Defleksi (mm) Gambar 6. Kurva Hubungan Beban Geser dan Defleksi 0.0014 0.0012 0.00132 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0.000489 0.000326 regangan tulangan sengkang normal 0.0000 P1 P2 P3 Benda Uji Gambar 7. Grafik Regangan Tulangan Sengkang Pada Beban Geser 86, 33 kn Gaya geser yang diberikan secara bertahap diimbangi oleh gaya geser dalam yang merupakan konstribusi dari gaya geser yang ditahan oleh penampang beton dan tulangan sengkang. Dalam tulisan ini, konstribusi gaya geser dalam yang diberikan oleh aggregate interlock dan dowel action diabaikan atau merupakan bagian dari konstribusi yang diberikan oleh beton. Dari data regangan tulangan sengkang dan dangan mengetahui Modulus Elastisitas nya maka dapat dihitung gaya geser yang ditahan oleh tulangan sengkang. Gambar 9 memperlihatkan distribusi gaya geser dalam. Dapat dilihat bahwa tuluang sengkang mulai berkerja pada saat beban yang diberikan mendekati 80 kn.
Gaya Geser Dalam (kn) Kapasitas Geser eksperimen Pada kondisi ini retak geser mulai terbentuk secara jelas, sebagaimana dapat dilihat dalam Gambar 4. Sementara itu dengan terjadinya retak, kemampuan beton dalam menahan geser menjadi mengecil. 200 150 50 ScP1(0,2P0) ScP2(0,3P0) ScP3(0,4P0) 0 0 50 150 200 Kapasitas Geser Teoritis Gambar 8. PerbandinganKapasitasGeser Experimental dengankapasitasgeserteoritis 140.00 120.00.00 80.00 86.385 60.00 40.00 20.00 0.00 Vn Vca Vs -20.00 0.00 50.00.00 150.00 Gaya Geser Luar (kn) Gambar 9. DistribusiGaya GeserDalam(Benda UjiS C P1) 4. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: a) Dengan adanya beban tekan aksial dapat meningkatkan kapasitas geser kolom beton bertulang. Hal ini disebabkan perkembangan retak terkekang dengan adanya beban tekan aksial tersebut.
b) Terdapat perbedaan yang cukup siknifikan terhadap kapasitas geser antara hasil perhitungan dengan pengujian. Hal ini disebabkan oleh faktor keamanan yang di cover oleh formula dan juga dimungkinkan sumbangan kekangan inti beton tembahan dari tulangan sengkang extra yang dapat meningkatkan kuat tekan beton. Ucapan Terima Kasih: Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Purwandi, ST selaku anggota Tim Peneliti yang telah banyak berkerja sehingga terlaksana penelitian ini. Rasa terima kasih juga kami sampaikan kepada Ketua dan Staf Laboratorium Konstruksi dan Bahan Bangunan Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala dan Saudara Rizky Wardhana mahasiswa S1 pada Jurusan Teknik Sipil Unsyiah yang telah banyak membantu sehingga terlaksana penelitian ini. Referensi: 1. Hoshikuma, J., Kawashima, K., Nagaya, K., and Taylor, A. W. (1997). Stress-strain model for confined reinforced concrete in bridge piers. J. Struct. Div., ASCE, 123(5), 624-633. 2. Mander, J.B., Priestly, M. J., and Park, R. (1988a). Theoretical stress-strain model for confine concrete. J. Struct. Div., ASCE, 114(8), 1804-1826. 3. Mander, J.B., Priestly, M. J., and Park, R. (1988a). Observed stress-strain behavior of confine concrete. J. Struct. Div., ASCE, 114(8), 1827-1849. 4. Saidi, T., Samsunan (2010). Pengaruh variasi beban tekan aksial terhadap gaya geser pada kolom beton bertulang. Prosiding Seminar Nasional II Teknologi da Rekayasa, Fakultas Teknik UISU, pp. 244-237