Reka Racana Teknik Sipil Itenas No.3 Vol.3 Jurnal Online Institut Teknologi Nasional September 2017 Studi Eksperimental Kuat Geser Pelat Beton Bertulang Bambu Lapis Styrofoam DESINTA NUR LAILASARI 1, SRI MURNI DEWI 2, DEVI NURALINAH 2 1. Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional Bandung 2. Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Brawijaya Email: desinta.nl@gmail.com ABSTRAK Inovasi beton ringan dibutuhkan untuk mendapatkan suatu bahan struktur yang ringan, kuat, dan biaya murah. Pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam merupakan kombinasi efektif sebagai inovasi pengganti pelat bertulang baja, pada komponen non-struktural dan sebagainya. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kekuatan geser pada pelat dan menganalisis kekuatan pelat dengan penambahan agregat kasar pada campuran spesimennya. Penelitian ini dilakukan dengan dua analisis, yaitu analisis teoritis dan eksperimen. Pada pengujian eksperimen dibuat 10 benda uji untuk uji kuat geser. Ukuran benda uji 40 cm * 80 cm * 5 cm. Variabel penelitian adalah campuran spesimen 1 (1 semen : 4 pasir) dan spesimen 2 (1 semen : 3 pasir : 1 kerikil). Dari hasil penelitian dapat disimpulkan penambahan agregat kasar (spesimen 2) menambah kekuatan geser (27,78%) dari kekuatan pelat campuran spesimen 1. Kata kunci: kuat geser, lapis styrofoam, pelat lapis, tulangan bambu. ABSTRACT Lightweight concrete innovations are required to obtain a lightweight, strong, and low-cost structural material. Bamboo reinforced concrete plate with layer styrofoam are an effective combination as an innovative replacement of reinforced plates, on non-structural components. This study aims to analyze shear strength in plates and analyze plate strength with the addition of coarse aggregates to the mixture of the species. This study was conducted with two analyzes, theoretical and experimental analysis. In the experimental test 10 specimens were made for shear strength test. Size of plate sample 40 cm * 80 cm * 5 cm. The research variables were mixed speciment 1 (1 cement : 4 sands) and spesiment 2 (1 cement : 3 sands : 1 coarse aggregate). From the results of this study it can be concluded that the addition of coarse aggregate (speciment 2) adds shear strength (27.78%) of the strength of the mixed plate of species 1. Keywords: shear strength, layers styrofoam, plate layers, bamboo reinforcement. Reka Racana 1
Desinta Nur Lailasari, Sri Murni Dewi, Devi Nuralinah 1. PENDAHULUAN Kebutuhan akan tempat tinggal di Indonesia semakin meningkat, namun tidak diikuti dengan pertumbuhan ekonomi yang seimbang. Oleh sebab itu dicari suatu cara untuk membuat struktur ringan dan kuat, serta biaya yang murah. Beton bertulang merupakan suatu bahan konstruksi yang banyak digunakan di Indonesia. Beton merupakan material yang memiliki kuat tekan tinggi dan kuat tarik yang rendah, sehingga diperlukan tulangan untuk menahan gaya tarik dalam memikul beban yang bekerja. Inovasi tulangan beton saat ini sudah banyak dilakukan, salah satunya menggunakan tulangan bambu. Pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam merupakan kombinasi efektif sebagai alternatif pengganti pelat, komponen non-struktural dan sebagainya. Bambu merupakan bahan yang mudah ditemukan di Indonesia dan memiliki kuat tarik yang tinggi. Telah banyak dilakukan penelitian mengenai potensi bambu sebagai tulangan pada beton. Jansen (1991), Ghavani (2004), serta Moricso (1999) menyimpulkan bahwa bambu dapat digunakan sebagai tulangan beton pengganti baja. Styrofoam merupakan bahan plastik yang tersusun dari butiran dengan kerapatan rendah dan mempunyai berat yang ringan. Penambahan styrofoam sebagai lapisan pada pelat beton bertulang bambu bertujuan agar beratnya menjadi lebih ringan. Tujuan dari penelitian ini antara lain: 1. Mengetahui besar kekuatan geser pada pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam. 2. Mengetahui pengaruh penambahan agregat kasar terhadap kekuatan geser pada pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bambu Sebagai Pengganti Tulangan Bambu Pemakaian bambu sebagai tulangan beton sering dijumpai di desa yang sulit untuk memperoleh baja tulangan. Pemakaian bambu sebagai tulangan beton masih belum ada kesepakatan diantara para pakar bambu. Pemakaian bambu tanpa perlakuan khusus sebagai tulangan beton hanya boleh dilakukan pada keadaan darurat, yaitu jika baja tulangan tidak tersedia, sedang bambu cukup banyak di lapangan. Tulangan bambu hanya untuk struktur ringan serta untuk jangka waktu pelayanan yang singkat (Morisco, 2006). Kekuatan bambu sebagai bahan pengganti tulangan baja pada beton bertulang, telah dibuktikan dalam berbagai macam riset ilmiah maupun empiris, seperti Morisco (1999) menyelidiki bahwa bambu dapat digunakan sebagai pengganti baja tulangan dan mempunyai kekuatan tarik yang tinggi mendekati kekuatan baja struktur. Diagram tegangan-regangan bambu dan baja ditunjukan pada Gambar 1. Kemudian pada penelitian Janssen (1991) menyatakan bahwa hasil perbandingan penggunaan bambu dan baja sebagai tulangan di dalam balok beton, momen lentur pada balok beton bertulang bambu adalah 78% jika dibandingkan dengan balok dengan tulangan baja. Penelitian lain oleh Khosrow Ghavami (2004) menyatakan bahwa tulangan bambu dapat menggantikan tulangan baja secara memuaskan dan telah diaplikasikan di dalam beberapa konstruksi bangunan, serta penelitian Khare (2005) menyimpulkan bahwa bambu dapat digunakan sebagai pengganti tulangan, terlebih di negara yang memiliki material baja sangat terbatas dan penggunaan beton tanpa tulangan biasa digunakan. Reka Racana 2
Studi Eksperimental Kuat Geser Pelat Beton Bertulang Bambu Lapis Styrofoam 2.2 Kuat Geser Gambar 1. Diagram tegangan-regangan bambu dan baja (Sumber: Morisco, 1999) Dalam beton yang harud diperhitungakan adalah kuat lentur dan kuat geser akibat lenturan. Kondisi kritis geser akibat lentur ditunjukkan dengan timbulnya tegangan-tegangan tarik tambahan di tempat-tempat tertentu pada komponen struktur terlentur. Untuk komponen struktur beton bertulang, apabila gaya geser yang bekerja besar hingga di luar kemampuan beton untuk menahannya, maka perlu memasang tulangan tambahan untuk menahan geser tersebut (Dipohusodo, 1996). Tegangan geser dan lentur akan timbul di sepanjang komponen struktur di mana bekerja gaya geser dan momen lentur. Persamaan yang umumnya digunakan untuk menghitung tegangan lentur dan tegangan geser adalah sebagai berikut (Dipohusodo, 1996): (1) halmana: = tegangan geser, [MPa]; = gaya geser akibat beban luar, [N]; = momen static terhadap garis netral penampang, [ ]; = momen inersia penampang balok terhadap garis netral, [ ]; = lebar penampang, [m]. Kekuatan geser lebih sulit diperoleh secara eksperimental dibandingkan dengan percobaan yang lainnya, seperti percobaan uji kuat tekan dan kuat tarik. Hal ini disebabkan karena sulitnya mengisolasi geser dari tegangan-tegangan lainnya. Kondisi ini menyebabkan banyaknya variasi kekuatan geser mulai dari 20% sampai 85% dari kekuatan tekan pada pembebanan normal di berbagai literatur (Nawy, 2008). 3. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan dua analisis, yaitu analisis secara teoritis dan analisis data eksperimen. Pada pengujian eksperimen dibuat 10 buah benda uji untuk uji kuat geser. Ukuran benda uji pelat 40 cm * 80 cm * 5 cm. ukuran tulangan bambu yang digunakan 75 cm * 0,6 cm * 0,6 cm untuk tulangan memanjang dan 75 cm * 0,6 cm * 0,6 cm untuk Reka Racana 3
Desinta Nur Lailasari, Sri Murni Dewi, Devi Nuralinah tulangan melintang. Perlakuan khusus diberikan pada tulangan bambu yaitu pemberian lapisan cat dan pasir. Kemudian tulangan bambu dirakit dan diikat dengan bendrat. Ukuran styrofoam untuk lapisan 75 cm * 36 cm * 1 cm. Variabel penelitian pada uji eksperimen adalah campuran spesimen. Dua variabel campuran spesimen adalah spesimen 1 (1 semen : 4 pasir) dan spesimen 2 (1 semen : 3 pasir : 1 kerikil). Setelah menyiapkan semua material, maka dapat dilakukan pengecoran benda uji. Kemudian dilakukan proses perawatan benda uji selama 14 hari. Pada saat beton mencapai umur 28 hari, dapat dilakukan pengujian terhadap benda uji tersebut. Pengujian pembebanan pada pelat dilakukan dengan tumpuan sederhana dan dibebani in-plane pada titik 2 bentang. Benda uji pelat direbahkan, kemudian ditumpu pada seluruh bidang pelat agar tidak terjadi lenturan dengan menggunakan kayu dan multipleks. Tumpuan diletakkan pada bentang 75 cm dan diberi beban in-plane pada titik 2 pelat. Lendutan pelat diperoleh dari pembacaan LVDT titik 1 terletak pada jarak 17,5 cm dari bentang kanan dan LVDT titik 2 terletak pada jarak 40 cm dari bentang kanan atau tepat tengah pelat. Bagan alur penelitian diperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 2. Bagan alur penelitian Reka Racana 4
Studi Eksperimental Kuat Geser Pelat Beton Bertulang Bambu Lapis Styrofoam 4.1 Kekuatan Geser Teoritis 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Besar beban maksimum yang dihasilkan pada pelat tanpa lapis styrofoam dan lapis styrofoam campuran spesimen 1 adalah 6.816,4 kg dan 5.558,6 kg. Sedangkan pada pelat tanpa lapis styrofoam dan lapis styrofoam campuran spesimen 2 adalah 7.741,4 kg dan 6.312,8 kg. Pada pelat tanpa lapis styrofoam campuran spesimen 1 memiliki beban maksimum lebih besar 1.257,8 kg atau 18,45% dari pelat lapis styrofoam, sedangkan pada tanpa lapis styrofoam campuran spesimen 2 memiliki beban maksimum lebih besar 1.428,6 kg atau 18,45% dari pelat lapis styrofoam. Hasil perhitungan kuat geser secara teoritis ditunjukan pada Tabel 1. Tabel 1. Tabel Hasil Perhitungan Teoritis Kuat Geser Pelat Beton Bertulang Bambu Besaran Satuan Pelat Tanpa Lapis Styrofoam Lapis Styrofoam Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 1 Spesimen 2 Tegangan Geser, [kg/cm 2 ] 25,6 29,0 25,6 29,0 Kuat Geser, [kg] 3408,2 3870,7 2779,3 3156,4 Beban Maksimum, [kg] 6816,4 7741,4 5558,6 6312,8 Lendutan Rencana, [10-5 cm] 2,0 2,0 1,9 1,9 Pada Tabel 1 di atas ditunjukkan hasil pengujian bahwa beban maksimum pada lapis styrofoam lebih kecil dari beban maksimum pada pelat kontrol, namun pelat lapis styrofoam memiliki lendutan lebih kecil dari pelat kontrol. Hal ini disebabkan oleh berat sendiri pelat lapis styrofoam lebih ringan daripada berat sendiri pelat kontrol, sehingga lendutan yang terjadi lebih kecil. 4.1. Kekuatan Geser Eksperimen Dalam penelitian dilakukan pengujian geser dengan tumpuan sederhana dan dibebani inplane pada titik 2 bentang. Setting up pengujian ditunjukan pada Gambar 3. Dari pengujian kuat geser tersebut didapatkan hasil seperti pada Gambar 4 dan Gambar 5. Gambar 3. Setting up pengujian kuat geser Reka Racana 5
Beban (kg) Beban (kg) Desinta Nur Lailasari, Sri Murni Dewi, Devi Nuralinah 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Lendutan (mm) S-F2 Titik 1 S-F2 Titik 2 S-G1 Titik 1 S-G1 Titik 2 S-G2 Titik 1 S-G2 Titik 2 TS-E1 Titik 1 TS-E1 Titik 2 TS-E2 Titik 1 TS-E2 Titik 2 Keterangan : S = pelat lapis styrofoam, TS = pelat tanpa lapis styrofoam Gambar 4. Grafik hubungan lendutan dan beban pada pengujian geser untuk campuran spesimen 1 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Lendutan (mm) S-C1 Titik 1 S-C1 Titik 2 S-C2 Titik 1 S-C2 Titik 2 S-C3 Titik 1 S-C3 Titik 2 TS-A1 Titik 1 TS-A1 Titik 2 TS-A2 Titik 1 TS-A2 Titik 2 Keterangan : S = pelat lapis styrofoam, TS = pelat tanpa lapis styrofoam Gambar 5. Grafik hubungan lendutan dan beban pelat pada pengujian geser untuk campuran spesimen 2 Dari grafik pada Gambar 4 dapat diketahui bahwa rata-rata pelat kontrol dapat menahan beban pada retak ultimit lebih besar daripada pelat lapis styrofoam, namun pada retak pertama pelat lapis styrofoam dapat menahan beban lebih besar daripada pelat kontrol. Sedangkan dari grafik pada Gambar 5 dapat diketahui bahwa rata-rata pelat kontrol dapat menahan beban maksimum dan memiliki lendutan lebih besar daripada pelat lapis styrofoam. Beban maksimum rata-rata dan lendutan maksimum rata-rata pada hasil eksperimen pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam dan tanpa styrofoam sebagai pelat kontrol ditunjukkan pada Tabel 2. Reka Racana 6
Beban (kg) Studi Eksperimental Kuat Geser Pelat Beton Bertulang Bambu Lapis Styrofoam Tabel 2. Tabel Hasil Uji Kuat Geser Eksperimen Beban Maksimum Rata-Rata dan Lendutan Maksimum Rata-Rata Spesimen Spesimen 1 (1:4) Spesimen 2 (1:3:1) Benda Uji Retak Pertama Retak Ultimit [kg] [mm] [kg] [mm] Pelat lapis styrofoam 1.633 3,36 4.763 4.763 Pelat kontrol 1.600 2,68 5.450 5.450 Pelat lapis styrofoam 2.000 3,46 6.087 6.087 Pelat kontrol 1.650 2,62 5.415 5.415 4.2 Pembahasan Perbandingan Kekuatan Geser Teoritis dan Eksperimen Dari hasil perhitungan teoritis dihasilkan besar beban maksimum pelat tanpa lapis styrofoam dan pelat lapis styrofoam masing-masing pada spesimen 1 dan spesimen 2. Iagram beban ditunjukan pada Gambar 6. 7741 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 5.559 Teoritis Pelat Lapis Styrofoam 6816 Teoritis Pelat Kontrol Benda Uji 5480 5810 4375 5830 Eksperimen Pelat Lapis Eksperimen Styrofoam Pelat Kontrol Spesimen 1 1 Spesimen 2 2 Gambar 6. Diagram beban maksimum rata-rata hasil perhitungan teoritis dan eksperimen pengujian geser Berdasarkan Gambar 6 hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat geser eksperimen lebih kecil daripada kuat geser hasil perhitungan teoritis. Pada campuran spesimen 1 hasil kuat geser eksperimen pelat tanpa lapis styrofoam dan pelat lapis styrofoam lebih kecil 1,41% dan 35,82% dari hasil teoritis. Sedangkan pada pelat tanpa lapis styrofoam dan lapis styrofoam campuran spesimen 2, memiliki kuat geser eksperimen lebih kecil 7,96% dan 24,69% dari hasil teoritis. Kuat geser pelat spesimen 2 lebih besar daripada pelat spesimen 1. Hal ini disebabkan kenaikan kekuatan pada pelat lapis styrofoam spesimen 2 yang bertambah akibat penambahan agregat kasar 20% pada campuran betonnya sehingga gaya geser yang ditahan oleh pelat bertambah besar Pada pelat lapis styrofoam campuran spesimen 1 dengan penurunan beban 13,18% memiliki kenaikan kekuatan geser 25,26%. Sedangkan pada pelat lapis styrofoam campuran spesimen 2 dengan penurunan beban 9,42% memiliki penurunan kekuatan geser 0,34%. Jadi dapat disimpulkan penambahan lapisan styrofoam dapat mengurangi berat pelat antara 9 13% dan dapat meningkatkan kekuatan geser pelat 25%. Reka Racana 7
Desinta Nur Lailasari, Sri Murni Dewi, Devi Nuralinah (a) (b) Gambar 7. Garis leleh pada pengujian geser: (a) pelat lapis styrofoam campuran spesimen 1; (b) pelat lapis styrofoam campuran spesimen 2 Pada Gambar 7 terlihat bahwa pola retak yang terjadi pada pelat lapis styrofoam memiliki pola retak yang sama dengan pelat tanpa lapis styrofoam, yaitu dua retak miring yang merambat menuju beban. Hal ini terjadi karena beban yang diberikan pada penampang 80 cm * 5 cm dan keruntuhan tidak terpengaruh gaya geser akibat shear connector sehingga retak yang terjadi sama antara pelat lapis styrofoam dan pelat tanpa lapis styrofoam. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian analisis dan eksperimen pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam ini adalah: 1. Kekuatan geser hasil analisis teoritis pada pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam pada campuran spesimen 1 dan spesimen 2 berturut-turut adalah 5.558,6 kg dan 6.312,8 kg, sedangkan hasil eksperimen berturut-turut adalah 5.480 kg dan 5.810 kg. 2. Pengaruh penambahan agregat kasar terhadap kekuatan geser pada pelat beton bertulang bambu lapis styrofoam lebih besar 27,78% dari campuran tanpa agregat kasar. Sehingga dapat disimpukan penambahan agregat kasar juga dapat menambah kekuatan geser dari kekuatan geser campuran awal tanpa agregat. DAFTAR RUJUKAN Dipohusodo, I. (1996). Struktur Beton bertulang. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama. Ghavami, K. (2004). Bamboo as reinforcement in structural concrete elements. Cement & Concrete Composites, 27 (6), 637-649. Dipetik Agustus 12, 2017, dari http://www.sciencedirect.com/science/article/piis0958946504001337 Janssen, J. J. (1991). Mechanical Properties Bamboo. New York: Springer Science+Business Media Dordrecht. Khare, L. (2005). Performance Evaluation Of Bamboo Reinforced Concrete Beams. Arlington: The University of Texas. Morisco. (1999). Rekayasa Bambu. Yogyakarta: Penerbit Nafiri Offset. Morisco. (2006). Pemberdayaan Bambu Untuk Kesejahteraan Rakyat dan Kelestarian Lingkungan. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Nawy, E. G. (2008). Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. Bandung: PT. Refika Aditama. Reka Racana 8