PENGARUH TEBAL SELIMUT BETON TERHADAP KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG

PENGARUH TEBAL SELIMUT BETON TERHADAP KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG Arusmalem Ginting 1 Rio Masriyanto 2 1 Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta 2 Alumni Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta Jurnal Janateknika Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta Vol. 10, No. 1, Januari 2008

PENGARUH TEBAL SELIMUT BETON TERHADAP KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG Arusmalem Ginting 1 Rio Masriyanto 2 1 Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta 2 Alumni Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta INTISARI Pada peraturan beton bertulang diatur mengenai tebal minimum selimut beton yang diperlukan untuk melindungi tulangan dari korosi dan suhu yang tinggi pada saat terjadi kebakaran. Secara teoritis tebal selimut beton di bawah tulangan tarik tidak berpengaruh terhadap kuat lentur. Kuat lentur dipengaruhi oleh tinggi efektif yaitu jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik. Pada penelitian ini akan ditinjau pengaruh tebal selimut beton terhadap kuat lentur dan perilaku balok beton bertulang. Benda uji yang digunakan berupa balok dengan dengan lebar 200 mm, panjang 1200 mm, dan tinggi disesuaikan dengan tebal selimut beton. Tinggi efektif balok sebesar 160 mm, dan selimut beton untuk balok dibuat bervariasi dari 0 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, dan 40 mm. Jumlah benda uji untuk setiap variasi tebal selimut beton dibuat sebanyak 2 buah. Pengujian dilakukan pada loading frame dengan dua buah beban titik yang berjarak 1/3 panjang bentang dari masing-masing tumpuan. Panjang bentang pada pengujian balok ini sebesar 900 mm. Selain pengujian balok juga dilakukan pengujian pendahuluan seperti: pengujian tekan beton dan pengujian tarik baja. Dari hasil penelitian ini didapat kuat tekan beton sebesar 22,66 MPa, kuat tarik baja sebesar 404,64 MPa dan modulus elastisitas baja sebesar 221182 MPa. Peningkatan tebal selimut beton dari 0 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm sampai 40 mm tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kuat lentur balok beton bertulang. Hal ini diakibatkan balok mengalami kegagalan geser terlebih dahulu. Kata Kunci: selimut beton, kuat lentur 1

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Beton banyak digunakan sebagai bahan bangunan karena harganya relatif murah, kuat tekannya tinggi, dapat dibuat sesuai dengan bentuk dan ukuran yang diinginkan, dapat dikombinasikan dengan baja tulangan, dan masih banyak lagi kelebihan-kelebihan yang lain (Tjokrodimuljo, 1996). Pada Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung diatur mengenai tebal minimum selimut beton yang diperlukan untuk perlindungan tulangan. Selimut beton berfungsi untuk melindungi tulangan dari korosi dan suhu yang tinggi pada saat terjadi kebakaran. Pada pelaksanaan di lapangan sering sekali persyaratan tebal selimut beton ini kurang diperhatikan, khususnya pada pembangunan rumah tinggal yang kurang memperhatikan persyaratan teknis. Pada saat terjadi gempa bumi sering sekali kegagalan balok beton bertulang dimulai dari lepasnya selimut beton yang mengakibatkan balok mengalami lendutan yang besar dan terjadi korosi karena terbuka terhadap udara luar. Besarnya momen nominal dari analisis blok tegangan balok beton bertulang tergantung dari tinggi efektif balok yaitu jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik, sehingga tebal lapisan selimut beton di bawah tulangan tarik secara teoritis tidak mempengaruhi kuat lentur balok beton bertulang. Tebal selimut beton berpengaruh terhadap pembelahan (splitting) permukaan beton yang berada di bawah tulangan tarik akibat adanya aksi baji (wedging). Beton yang berada dibawah tulangan tarik ini dapat terbelah menjadi dua atau tiga bagian yang dapat menyababkan kegagalan pada balok beton bertulang. Berdasarkan uraian di atas maka perlu diadakan penelitian mengenai pengaruh tebal selimut beton terhadap kuat lentur dan perilaku balok beton bertulang. B. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menambah wawasan tentang pengaruh tebal selimut beton terhadap kuat lentur dan perilaku balok beton bertulang. C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui pengaruh tebal selimut beton terhadap kuat lentur balok. 2. Untuk mengetahui perbandingan kuat lentur balok beton bertulang akibat perbedaan tebal selimut beton. D. Batasan Penelitian Tinjauan pada penelitian ini hanya terhadap kuat lentur balok beton bertulang dan tidak ditinjau pengaruh tebal selimut beton terhadap korosi dan suhu yang tinggi pada saat terjadi kebakaran. 2

II. TINJAUAN PUSTAKA Menurut Tathagati (2007), selimut beton berfungsi seperti lapisan coating yang memberikan proteksi yang sangat baik pada baja tulangan. Ketahanan terhadap korosi yang dihasilkan selimut beton akan tetap terjaga selama selimut beton dapat menahan masuknya udara dan air. Apabila selimut beton terlalu tipis atau terlalu berpori, kerusakan akibat korosi akan terjadi karena penetrasi air yang mengandung oksigen terlarut melalui pori beton. Masuknya oksigen terlarut ini akan memicu terjadinya rangkaian sel elektrokimia yang menyebabkan terjadinya korosi. Menurut SNI 03 2847 2002 tebal selimut beton minimum yang harus disediakan untuk tulangan harus memenuhi ketentuan seperti pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Variasi tebal selimut beton berdasar SNI 03-2847-2002 Tebal selimut beton minimum ( mm ) 1. Beton yang dicor langsung di atas tanah dan selalu berhubungan dengan tanah.... 75 2. Beton yang berhubungan dengan tanah atau cuaca: Batang D-16 hingga D-56... 50 Batang D-16, jaring kawat polos P16 atau kawat ulir D16 dan yang lebih kecil... 40 3. Beton yang tidak langsung berhubungan dengan cuaca atau beton tidak langsung berhubungan dengan tanah: Pelat,dinding,pelat berusuk : Batang D-44 dan D-56... Batang D-36 dan yang lebih kecil... Balok,Kolom : Tulangan utama, pengikat, sengkang, lilitan spiral... Komponen struktur cangkang,pelat lipat : Batang D-19 dan yang lebih besar... Batang D-16,jaring kawat polos P16 atau ulir D16 dan yang lebih kecil... Keruntuhan lekatan (bond failure) tulangan berprofil di dalam beton berbobot normal hampir selalu merupakan keruntuhan akibat terbelahnya beton. Pada pola keruntuhan pembelahan ini, beton terbelah menjadi dua atau tiga bagian karena aksi baji (wedging) dari gerigi terhadap beton seperti Gambar 2.1. berikut ini (Wang, 1993). 40 20 40 20 15 Gambar 2.1. Retak-retak pembelahan dan model keruntuhan pembelahan batas 3

Aksi pembelahan beton timbul dari keadaan tegangan yang analog dengan suatu silinder beton yang mengelilingi tulangan dan bekerja komponen radial ke arah luar dari gaya-gaya perletakan tulangan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2. Silinder akan mempunyai garis tengah dalam yang sama dengan garis tengah tulangan d b dan tebal C yang sama dengan harga terkecil antara selimut bersih beton di sisi bawah C b, atau separuh dari jarak bersih tulangan ke tulangan lain yang berikutnya C s. Jika C s < C b, maka terjadi pola keruntuhan dengan pembelahan di sisi samping. Kalau C s > C b, maka retak memanjang pada sisi bawah akan terjadi duluan. Jika C s hanya secara nominal (teoritis) lebih besar dari C b, pembelahan sekunder akan terjadi pada sisi samping di sepanjang bidang dari tulangan-tulangan. Jika C s jauh lebih besar dari C b, maka pembelahan sekunder akan terjadi sedemikian hingga akan membentuk keruntuhan yang berbentuk V ke arah sisi bawah (Wang, 1993). Gambar 2.2. Hipotesa selinder beton untuk keruntuhan pembelahan III. LANDASAN TEORI A. Kuat Tekan Beton Berdasarkan SNI 03-1974-1990 kuat tekan beton adalah besarnya beban per satuan luas yang menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan tertentu yang dihasilkan oleh mesin tekan. Kuat tekan dihitung dengan Persamaan 3.1. berikut ini. ' Pc f C = (3.1) Ac dengan : f c = kuat tekan beton (MPa) P c = beban maksimum (N) A c = luas penampang benda uji (mm 2 ) B. Kuat Tarik Baja Tujuan pengujian kuat tarik baja berdasarkan SNI 07-2529-1991 adalah untuk mendapatkan nilai kuat tarik baja dan parameter lainnya yang dapat digunakan untuk pengendalian mutu baja. Tegangan leleh baja dihitung dengan persamaan 3.2. berikut ini. Py f y = (3.2) As dengan : f y = Tegangan leleh baja (MPa) P y = beban leleh (N) A s = luas tampang baja (mm 2 ) 4

C. Kuat Lentur dan Geser Balok Momen maksimum pada balok dengan dua titik pembebanan seperti Gambar 3.1. dapat dihitung dengan Persamaan 3.3. dengan: M = momen (Nmm) P = beban (N) l M = 1. 6 P. l (3.3) = panjang bentang (mm) Gaya geser maksimum pada balok dengan dua titik pembebanan seperti Gambar 3.1. dapat dihitung dengan Persamaan 3.4. V = ½. P (3.4) dengan: V P = gaya geser (N) = beban (N) Gambar 3.1. Kuat lentur balok Momen nominal pada balok beton dengan tulangan sebelah dapat dihitung dengan Persamaan 3.5. berikut ini. M n = As. f y. (d ½.a) (3.5) dengan: M n = momen nominal (Nmm) A s = luas tulangan tarik (mm 2 ) f y = tegangan leleh baja (MPa) d = tinggi efektif balok (mm) a = tinggi blok tekan beton (mm) Kuat geser nominal beton tanpa tulangan geser adalah seperti pada Persamaan 3.6. berikut ini. V c = 1. f ' c. bw. d (3.6) 6 5

dengan: V c = kuat geser nominal beton (N) f c = kuat tekan beton (MPa) b w = lebar balok (mm) Beban lentur teoritis yang dapat didukung oleh balok beton dapat dihitung dari Persamaan 3.3. dan 3.5., dan hasilnya seperti ditunjukkan pada Persamaan 3.7. P = 6.M n l (3.7) Beban geser teoritis yang dapat didukung oleh balok beton dapat dihitung dari Persamaan 3.4. dan 3.6., dan hasilnya seperti ditunjukkan pada Persamaan 3.8. P = 2. V c (3.8) IV. METODOLOGI PENELITIAN Pada penelitian ini dilakukan beberapa jenis pengujian, diantaranya adalah: pengujian tekan beton, pengujian tarik baja, dan pengujian lentur balok. Pengujian tekan beton dan tarik baja dilakukan untuk memperhitungkan kuat lentur teoritis dan kuat geser teoritis balok. Variasi tebal selimut beton yang digunakan adalah 0, 10, 20, 30, dan 40 mm. Tinggi efektif balok untuk semua variasi tebal selimut beton dibuat seragam yaitu sebesar 160 mm dan menggunakan tulangan ulir 2D10. Untuk lebih jelasnya mengenai gambaran benda uji balok yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4.1. dan Gambar 4.1. Tabel 4.1. Benda uji balok Benda Selimut beton Dimensi balok (mm) uji (mm) Lebar (b) Tinggi (h) Panjang (L) Jumlah BTS0 0 200 160 1200 2 BTS10 10 200 170 1200 2 BTS20 20 200 180 1200 2 BTS30 30 200 190 1200 2 BTS40 40 200 200 1200 2 1200 Gambar 4.1. Benda uji balok 2D10 200 160 Selimut beton Pengujian lentur balok beton dilakukan pada loading frame yang dilengkapi dengan hydraulic jack dan load cells. Dari pengujian lentur ini didapat beban dan lendutan untuk setiap interval beban sampai balok mengalami kegagalan. Untuk lebih jelasnya pengujian lentur balok ini dapat dilihat pada Gambar 4.2. 6

P 150 300 300 300 150 Gambar 4.2. Pengujian lentur balok Pada akhir penelitian ini dilakukan analisis data untuk membuat kesimpulan dan saran. BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Kuat Tekan Beton Kuat tekan beton yang digunakan pada penelitian ini seperti ditunjukkan pada Tabel 5.1. Tabel 5.1. Kuat tekan beton Benda Diameter Uji (mm) Beban (N) f c (MPa) I 151,10 399520 22,28 II 150,65 417680 23,43 III 150,50 454000 25,52 IV 152,25 381360 20,95 V 150,40 394980 22,23 VI 151,85 390440 21,56 f' c rata-rata (MPa) 22,66 Kuat tekan beton rata-rata sebesar 22,66 MPa. Beton ini termasuk beton normal sebab kuat tekannya berada antara 15 40 MPa. B. Kuat Tarik Baja Hasil pengujian kuat tarik baja tulangan ulir D10 seperti ditunjukkan pada Tabel 5.2. dan Gambar 5.1. Benda Uji Tegangan luluh (MPa) Tabel 5.2. Kuat tarik tulangan D10 Tegangan luluh rata-rata (MPa) Modulus Elastisitas (MPa) I 407,85 404,64 218290 II 401,42 224073 Modulus Elastisitas rata-rata (MPa) 221182 7

600 500 Tegangan (MPa) 400 300 200 100 0 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 Regangan Gambar 5.1. Tegangan-regangan baja Tegangan luluh rata-rata tulangan baja yang digunakan pada penelitian ini sebesar 404,64 MPa, dan modulus elastisitas rata-rata sebesar 221182 MPa. C. Kuat Lentur dan Geser Teoritis Balok Perhitungan kuat lentur dan kuat geser teoritis balok dengan data sebagai berikut: a. Lebar balok, b = 200 mm b. Panjang bentang, l = 900 mm c. Tinggi efektif balok, d = 160 mm d. Kuat tekan beton. f c = 22,66 MPa e. Tegangan luluh baja, f y = 404,64 MPa f. Modulus elastisitas baja, E s = 221182 MPa g. Diameter tulangan, d = 9,75 mm h. Jumlah tulangan, n = 2 buah (tulangan sebelah) Kuat lentur balok adalah sebagai berikut: C C = T s a. b. 0,85. f c = As. f y 1 2 2.. π.9,75.404,64 As. f y 4 a = = = 15,68354 mm ' b.0,85. f 200.0,85.22,66 c a 15,68517 c = = = 18,453 mm 0,85 0, 85 Kontrol tulangan: d c ' 160 18,453 f ε s =. ε c =.0, 003 = 0,023 > ε y = c 18,453 E Jadi baja tulangan sudah luluh. M n = As. f y. (d ½.a) = (2. ¼. π. 9,75 2 ). 404,64. (160 ½. 15,68517) = 9193715,108 Nmm y S 404,64 = = 0,001829 221182 8

6.M P = n 6. 9193715,108 = = 61291,43406 N = 61,29 kn l 900 Kuat geser balok adalah sebagai berikut: V c = 1. f ' c. bw. d 6 1 =. 22,66.200. 160 6 = 25388,01 N = 25,39 kn P = 2. V c = 2. 25,39 = 50,78 kn D. Kuat Lentur Pengujian Balok Hasil pengujian kuat lentur balok seperti ditunjukkan pada Tabel 5.3. dan Gambar 5.2. Kode Tabel 5.3. Kuat lentur balok Selimut beton Kuat lentur (kn) (mm) Benda uji I Benda uji II Kuat lentur rata-rata (kn) BTS0 0 59,00 56,00 57,50 BTS10 10 57,00 50,00 53,50 BTS20 20 64,12 58,04 61,08 BTS30 30 66,00-66,00 BTS40 40 56,20 59,00 57,60 70 60 50 Beban (kn) 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 Lendutan (mm) BTS0 BTS10 BTS20 BTS30 BTS40 Gambar 5.2. Hubungan beban dengan lendutan balok 9

Dari Tabel 5.3. dapat dilihat bahwa perbedaan tebal selimut beton tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kuat lentur balok. Hal ini diakibatkan karena balok dengan semua variasi tebal selimut beton mengalami gagal geser seperti ditunjukkan pada Gambar 5.4. Perbandingan kuat lentur dan geser teoritis dengan kuat lentur hasil pengujian balok untuk berbagai variasi tebal selimut beton dapat dilihat pada Gambar 5.3. Kuat lentur balok untuk berbagai variasi tebal selimut beton hampir sama dengan kuat lentur teoritis dan lebih besar dari kuat geser teoritis. Beban (kn) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 Selimut beton (mm) Pengujian Lentur (Teoritis) Geser (Teoritis) Gambar 5.3. Perbandingan kuat lentur balok Gambar 5.4. Kegagalan balok 10

BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Dari hasil pengujian dan analisis yang dilakukan pada penelitian ini maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Kuat tekan rata-rata selinder beton sebesar 22,66 MPa. 2. Kuat tarik baja tulangan sebesar 404,64 MPa dan modulus elastisitas sebesar 221182 MPa. 3. Peningkatan tebal selimut beton dari 0 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm sampai 40 mm tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kuat lentur balok beton bertulang. 4. Pengaruh tebal selimut beton terhadap perilaku lentur balok beton bertulang pada penelitian ini tidak terlalu nampak pengaruhnya karena balok dengan semua variasi tebal selimut beton mengalami gagal geser. B. Saran 1. Dimensi dan penulangan benda uji harus diperhitungkan terlebih dahulu agar pengaruh tebal selimut beton terhadap kuat lentur menjadi lebih jelas. 2. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai pengaruh tebal selimut beton terhadap perilaku balok dengan tulangan berlebih (over reinforced concrete). DAFTAR PUSTAKA SNI 03 2847 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung, Puslitbang Permukiman, Departemen Pekerjaan Umum. SNI 03-1974-1990, Metode Pengujian Kuat Tekan Beton, Puslitbang Jalan dan Jembatan, Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta. SNI 07-2529-1991, Metode Pengujian Kuat Tarik Baja Beton, Puslitbang Jalan dan Jembatan, Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta. Tathagati, A., 2007, Perlindungan Terhadap Korosi Baja Tulangan di Lingkungan Laut, Warta Pertamina No. 4/XL, April 2005. http://rhien-article.blogspot.com/2007/07/perlindungan-terhadapkorosi-baja.html Tjokrodimuljo, K., 1996, Teknologi Beton, Buku Ajar, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Wang, C. K. dan Salmon, C.G., 1993, Desain Beton Bertulang, Edisi Ke-4, Jilid 1, Erlangga, Jakarta. 11