PERILAKU LEKATAN TULANGAN ULIR TERHADAP MATERIAL SCC (067M) A. Arwin Amiruddin 1 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Makassar 90245 Email: a.arwinamiruddin@yahoo.com ABSTRAK Salah satu persyaratan dalam struktur beton bertulang adalah adanya lekatan antara tulangan dan beton, sehingga apabila pada struktur beton tersebut diberikan beban tidak akan terjadi slip antara baja tulangan dan beton, asalkan tersedia panjang penyaluran dan diameter tulangan yang cukup. Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium. Pada penelitian ini digunakan baja tulangan ulir yang ditanam pada benda uji kubus dengan variasi dimensi 150x150x150 mm, 180x180x180 mm, 195x195x195 mm, variasi baja tulangan ulir yang digunakan berdiameter ulir 10 mm, 12 mm, 13 mm dan variasi panjang penyaluran 100 mm, 120 mm, 130 mm, terhadap beton normal (NVC) dan beton Self Compacting Concrete (SCC). Masing-masing benda uji di uji dengan metode Bond Pull-out Test. Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh tegangan lekat masing-masing diameter baja tulangan. Dari tegangan lekat tersebut dibutuhkan suatu panjang penyaluran (l d ) untuk diameter baja tulangan D10, D12, dan D13 berturut-turut adalah 108,8012 mm, 113,4586 mm, dan 138,8582 mm. Kata kunci: Variasi tulangan ulir, Variasi panjang penyaluran, SCC, Benda uji kubus, Pull-out. 1. PENDAHULUAN Self-Compacting Concrete (SCC) telah dikembangkan untuk pertama kalinya di jepang. self-compacting concrete adalah beton yang memiliki fluiditas cukup tinggi dengan penambahan water-reducing superplasticizer dan memiliki kuat tekan tinggi bila dibandingkan dengan dengan Normal-Vibrated Concrete (NVC). Menurut Okumura dan Ouchi (1999), self-compacting concrete dapat mengurangi kerja konstruksi karena adanya knock-on yang dapat berefek pada ketahan (durability) beton dan menguragi sejumlah skill pekerja. Untuk mendapatkan tegangan lekat diperlukan persyaratan tertentu seperti kuat tekan beton, jenis tulangan, panjang penyaluran yang tertanam di dalam matriks beton dan diameter tulangan yang digunakan. Menurut Nawy (2009), ada tiga jenis percobaan yang dapat menentukan kualitas lekatan elemen tulangan, yaitu pull-out test, embedded rod test dan beam test. Yang perlu diperhatikan pada percobaan pull-out adalah bahwa gaya tarik yang digunakan adalah gaya tarik aksial dan tegangan lekat yang terjadi tentunya tegangan lekat aksial. Percobaan pull-out test dapat memberikan perbandingan lekatan yang efisien terhadap berbagai variasi permukaan tulangan dan panjang tulangan yang tertanam di dalam beton. Ada 4 tahapan dalam proses lekatan tulangan terhadap beton. Tahap pertama, lekatan yang terjadi adalah lekatan adhesive yaitu kemampuan awal tulangan melawan beton. Tahapan kedua, terjadi displacement pada tulangan di dalam beton (slip) dimana terjadi interlocking dan menghasilkan retak radial pada beton. Tahapan ketiga, tegangan lekat dan kekakuannya di tahan oleh ulir tulangan di sepanjang panjang penyaluran di dalam matriks beton. Tahapan keempat, terjadi dua bentuk kegagalan lekatan seperti terlihat pada Gambar 1. komponen gaya tulangan resultan gaya beton retak dalam komponen gaya beton tulangan ditarik bidang slip (a). splitting bond failure (b). pull-out bond failure Gambar 1. Deformasi disekitar tulangan. (a). splitting bond failure (b). pull-out bond failure (sumber: fib, reinforced concrete, 1999.) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 47
2. PROGRAM EKSPERIMEN 2.1 Benda Uji Benda uji yang dibuat dalam pengujian pull-out terdiri dari 12 benda uji untuk NVC dan 12 benda uji untuk SCC (Gambar 2). Benda uji ini dibedakan berdasarkan dimensi dari diameter (D) tulangan ulir-nya, yaitu ukuran 5D (150 x 150 x 150 mm), 10D (80x180x180 mm), dan 12D (195x195x195 mm). Diameter tulangan yang digunakan adalah 10 mm, 12 mm, dan 13 mm. Pada material blok dibagi menjadi 2 bagian, yaitu bagian yang tidak dilekatkan dengan beton (menggunakan pipa PVC) sebesar 5D dan selebihnya adalah panjang penyaluran (l d ). Tulangan spiral D6 mm digunakan sebagai efek pengekangan pada material blok NVC dan SCC, serta berfungsi untuk meningkatkan daktilitas material blok. Untuk lebih jelasnya benda uji yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini. Tabel 1. Benda uji pull-out Type Benda Uji Ukuran (mm 3 ) Jumlah (benda uji) NVC CC 150 x 150 x 150 3 180 x 180 x 180 3 195 x 195 x 195 3 150 x 150 x 150 3 180 x 180 x 180 3 195 x 195 x 195 3 (a) Dimensi benda uji (b) Tulangan sengkang spiral D6 mm (c) Benda uji NVC dan SCC Gambar 2. (a) Dimensi benda uji, (b) Tulangan spiral, dan (c) Benda uji pull-out Tegangan lekat (bond strength) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus : P τ = ----------- (1) π. D. l d (Sumber: Edward G. Nawy, Reinforced Concrete, 2009.) M - 48 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
dimana : τ = Tegangan Lekat (MPa) P = Beban Tarik (N) D = Diameter Tulangan (mm) l d = Panjang Penyaluran (mm) 2.2 Set-up Alat Pada percobaan pull-out yang dilakukan, pengujiannya menggunakan alat Wood Testing Machine kapasitas 4 ton dan alat Universal Testing Machine kapasitas 20 ton. Beban yang diberikan pada benda uji setiap kenaikan 1kN, kemudian dicatat dan menghasilkan grafik beban-displacement. Pemberian beban menghasilkan 3 fase, pertama fase elastis, kedua, fase beban maksimum, dan ketiga, fase pull-out. Beban setelah melewati fase elastis, kemudian dilanjutkan sampai beban maksimum, dan selanjutnya beban dilanjutkan sampai tulangan ulir tercabut dari material blok-nya. Adapun alat-alat pengujian beserta pengujian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 3 di bawah ini. (a) Wood Testing Machine (b) Universal Testing Machine Gambar 3. Alat Pull-Out Test (a).wood Testing Machine dan (b).universal Testing Machine (Sumber: Foto-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipi dan Metalurgi Jurusan Mesin FT-UH, 2013.) Kuat Tekan (MPa) NVC SCC Waktu Curing (Hari) Gambar 4. Hasil Pengujian Kuat Tekan NVC dan SCC (Sumber: Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH, 2013.) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Kuat Tekan NVC dan SCC Beton segar yang ditambahkan bahan Admixture yaitu berupa superplasticizer dapat meningkatkan kuat tekan awal beton yang cukup signifikan bila dibandingkan beton tanpa penambahan bahan admixture, namun setelah berumur 28 hari akan diperoleh kuat tekan maksimum dan peningkatan kuat tekan yang kecil. Pada Gambar 4 diperlihatkan Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 49
bahwa pada umur 3 hari kuat tekan SCC yang diperoleh lebih besar dari kuat tekan NVC dengan deviasi sebesar 16.40 %, pada umur 7 hari kuat tekan SCC yang diperoleh lebih besar dari kuat tekan NVC dengan deviasi sebesar 22.22 % dan setelah kuat tekan SCC dan NVC berumur 28 hari memiliki deviasi kuat tekan sebesar 7.34 %. Hal tersebut disebabkan oleh karena molekul-molekul superplasticizer akan diserap oleh partikel-partikel semen pada saat pencampuran. Molekul ini akan memberi muatan ion negatif ke partikel-partikel semen sehingga partikelpartikel semen ini akan saling tolak-menolak. Dengan adanya gaya tolak-menolak antar partikel semen menyebabkan tidak terjadi penggumpalan partikel semen. 3.2. Kuat Tarik Baja Tulangan Ulir Pengujian kuat tarik tulangan ulir ini dilakukan untuk mengetahui nilai tegangan tulangan ulir pada saat mengalami kondisi leleh dan maksimum, pada Gambar 5 terlihat hubungan tegangan leleh baja tulangan terhadap variasi diameter tulangan. Pengujian dilakukan dengan alat UTM (Universal Testing Machine). 3.3. Tegangan Lekat (Bond Strenght) Pada Gambar 6, tegangan lekat untuk NVC dan SCC D10 diperoleh nilai tegangan lekat sebesar 8.63 MPa dan 64 MPa, untuk NVC D12 diperoleh nilai tegangan lekat sebesar 9.21 MPa dan untuk SCC D12 diperoleh nilai tegangan lekat sebesar 9.12 MPa, dimana pada saat pull-out test yang terjadi adalah tulangan putus, hal tersebut disebabkan karena adanya adhesi, friksi dan interlocking beton terhadap tulangan ulir yang cukup besar hingga melewati beban maksimum baja tulangan serta adanya efek Confinement (efek pengekangan) sengkang spiral dan efek gripping beton yang menambah kekuatan beton terhadap tulangan ulir. Untuk tegangan lekat rata-rata NVC dan SCC D13 diperoleh masing-masing nilai tegangan lekat rata-rata sebesar 11.68 MPa dan 12.01 MPa, perbedaan tersebut terjadi sebab nilai kuat tekan SCC lebih besar dibandingkan dengan NVC yang dapat dilihat pada Gambar 4.7. Pada saat pull-out test yang terjadi adalah tulangan tercabut (slip) dari matriksnya. 3.4. Panjang Penyaluran (l d ) Dari Gambar 7 dapat disimpulkan bahwa semakin besar panjang penyaluran maka tegangan lekat yang terjadi akan semakin besar pula atau dengan kata lain hubungan antara tegangan lekat dan panjang penyaluran adalah berbanding lurus (membentuk garis linier). Tegangan Leleh (MPa) D10 D12 D13 Variasi Diameter Tulangan Ulir Gambar 5. Tegangan Leleh Vs Variasi Diameter Tulangan Ulir (Sumber: Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH, 2013.) M - 50 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Tegangan Lekat (MPa) NVC SCC 8,63 8,64 9,21 9,12 11,68 12,01 Diameter Tulangan (mm) Gambar 6. Tegangan Lekat Rata-Rata NVC dan SCC (Sumber: Hasil Perhitungan-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH, 2013.) Tegangan lekat rata-rata (Mpa) Tegangan lekat rata-rata (Mpa) Panjang penyaluran (mm) (a) NVC Panjang penyaluran (mm) (b) SCC Gambar 7. Hubungan Tegangan Lekat dan Panjang Penyaluran NVC dan SCC. (Sumber: Hasil Perhitungan-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH, 2013.) 3.5. Tegangan Lekat dan Displacement Gambar 8 terlihat bahwa tegangan maksimum untuk NVC D10 dan SCC D10 berturut-turut sebesar 8.63 MPa dan 8.64 MPa, sedangkan untuk NVC D12 dan SCC D12 berturut-turut sebesar 9.21 MPa dan 9.12 MPa. Berbeda dengan NVC dan SCC D13 hasil yang diperoleh adalah tulangan tercabut (slip). Ini menunjukkan bahwa kuat lekat adhesi, friksi, iterlocking yang terjadi disepanjang panjang penyaluran tulangan ulir dan efek gripping (pengekangan) beton serta efek confinement sengkang spiral yang menambah kekuatan beton dan mencegah terjadinya retak (splitting failure) pada beton serta efek kuat tekan beton untuk menahan tulangan yang tertanam di dalam matriks NVC dan SCC lebih kecil dibandingkan dengan tegangan lekat tulangan ulir. Hasil yang diperoleh dari pull-out test D13 adalah tegangan lekat SCC rata-rata lebih besar dari tegangan lekat NVC rata-rata yaitu sebesar 12.01 MPa dan 11.68 MPa. Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin besar diameter dan panjang penyaluran tulangan serta kuat tekan beton yang diperoleh, maka akan semakin besar pula tegangan lekat yang didapatkan, namun hal tesebut mempunyai batas maksimum tertentu. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 51
14 Bond strenght (MPa) 12 10 8 6 4 Ended Bars Pull-Out Failure Ended Bars NVC rata-rata (D10) SCC rata-rata (D10) NVC rata-rata (D12) SCC rata-rata (D12) NVC rata-rata (D13) SCC rata-rata (D13) 2 0 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 Displacement (mm) Gambar 8. Tegangan lekat terhadap displacement specimen NVC rata-rata dan SCC rata-rata (D10, D12, dan D13) (Sumber: Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH, 2011.) Tulangan ulir putus Tulangan ulir putus Slip pada permukaan tulangan dan material blok (a) D10, putus (b) D12, putus (c) D13, slip Gambar 9. Tipe kegagalan specimen NVC dan SCC (D10, D12, dan D13) (Sumber: Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH, 2013.) 3.6. Tipe Kegagalan Benda Uji Pada Gambar 9 terlihat bahwa pada benda uji dengan D10 dan D12 mengalami tulangan putus, artinya bahwa tulangan dan permukaan material blok memilki kemampuan lekatan yang baik untuk menghindari terjadinya slip. Sementara untuk D13 terlihat mengalami tulangan yang slip, artinya tidak terdapat kemampuan lekatan yang cukup antara tulangan dan permukaan material blok sehingga terjadi slip. M - 52 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
4. KESIMPULAN Dari hasil penelitian diperoleh beberapa keseimpulan, diantaranya: (1) Kuat tekan rata-rata yang diperoleh saat pengujian umur 28 hari yaitu untuk NVC sebesar 34.03 MPa dan SCC sebesar 39.42 MPa dengan deviasi kuat tekan sebesar 7.34%. Perbedaan itu disebabkan karena penambahan admixture superplasticizer kedalam material SCC. (2) Hasil pull-out test pada variasi tulangan dan panjang penyaluran tulangan yang tertanam dalam specimen NVC dan specimen SCC memperlihatkan bahwa kuat lekat specimen NVC D10 lebih kecil dari specimen NVC D12 dengan deviasi sebesar 3.25% (tulangan putus) dan lebih kecil dari specimen NVC D13 dengan deviasi sebesar 11.82% (tulangan slip) dan kuat lekat specimen SCC D10 lebih kecil dari specimen SCC D12 dengan deviasi sebesar 3.25% (tulangan putus) dan lebih kecil dari specimen SCC D13 dengan deviasi sebesar 13.68% (tulangan slip). Hal tersebut menunjukkan bahwa kuat lekat akan meningkat dengan variasi tulangan dan panjang penyaluran dan efek confinement dan efek gripping beton serta kekuatan beton. DAFTAR PUSTAKA Akkas, Abdul Madjid (1996). Rekayasa Bahan / Bahan Bangunan. Makassar: Jurusan Sipil. American Standard for Testing and Material (2003). Annual Book of ASTM. Concrete and Aggregates. Volume 04.02. US and Canada. 2003. Binsar, G. Salmon Charles, Wang Chu-Kia (1993). Desain Beton Bertulang. Edisi ke Empat. Jilid 1. Maranatha, Universitas Kristen (2010). Jurnal Teknik Sipil. Volume 6 Nomor 1. Mulyono, Tri (2003). Teknologi Beton. Yogyakarta : Andi. Murdock, J.L, Brook, M.K (1991). Bahan dan Praktek Beton, Edisi keempat, Terjemahan Ir. Stephanus Hendarko. Erlangga. Jakarta. Nawi, Edward. G (1998). Beton Bertulang. Jilid 1. Bandung : Refika Aditama. Nugraha, Paul, Antoni (2007). Teknologi Beton. Yogyakarta : Andi. Nurliya, Madjid Akkas, M. Noris, S. Sariman, B. Yamin, Yulius S. ( 2002). Tugas Makalah Analisa Tegangan Eksperimental. Pasca Sarjana Unhas. Okumura, H. Ouchi, M (2003). Self Compacting Concrete. Journal of Advanced Concrete technology, Vol 1, No 1, 5-15. Paulay. T., Park. R. (1975), Reinforched Concrete Structures. A Wiley-Interscience Publication. USA. Supriadi. T, Ismail (2005). Studi Karakteristik Self Compacting Concrete Yang Menggunakan Semen Portland Komposit. Skripsi tidak diterbitkan. Makassar. Universitas Hasanuddin. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 53