BAB I PENDAHULUAN
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan konstruksi selalu terjadi hingga saat ini yang dapat dilihat dengan usaha para ahli yang selalu melalukan inovasi untuk dapat menemukan material/bahan bangunan inovasi baru yang efektif dan efisien untuk digunakan. Untuk memperoleh konstruksi bangunan yang baik tentunya sangat dipengaruhi oleh material konstruksi yang digunakan karena setiap material memiliki sifatsifat tersendiri. Salah satu material struktur yang penting dalam menunjang pembangunan di bidang konstruksi adalah baja dimana kelebihan-kelebihan yang dimiliki oleh material baja sebagai bahan bangunan dibandingkan dengan material lainnya membuatnya semakin banyak digunakan dalam konstruksi bangunan. Kekuatan balok dengan material baja dalam aplikasinya sebagai elemen struktur dapat ditingkatkan dengan cara menggabungkan material baja dengan material beton dan terjadi aksi komposit. Selain itu peningkatan kekuatan baja pada elemen struktur balok juga dapat dilakukan dengan meningkatkan inersia profil baja sehingga modifikasi profil baja sebagai bahan konstruksi terus dilakukan. Kemampuan material baja untuk menahan gaya tarik dan desak juga cukup besar dan sifat daktilitas material ini juga sangat baik sehingga sering digunakan sebagai material yang menggambarkan diagram hubungan teganganrenganan material bahan konstruksi untuk menggambarkan sifat material bahan bangunan jika dibebani. Upaya pengembangan sistem struktur telah dilakukan mulai dari struktur truss 2D untuk penyangga atap, yang dalam aplikasinya berkembang menjadi balok penyangga atap dan lantai, seperti lattice beam, vierendeel beam, dan berkembang menjadi balok castellated dengan lubang bukaan heksagonal, lingkaran, ellips, segi-empat dan lainnya. Lattice beam didefinisikan sebagai balok terbuka (open beam) yang dibentuk dari balok yang dihubungkan dan diperkuat dengan batang-batang diagonal (Gambar 1.1a). Sedangkan vierendeel beam merupakan balok yang bentuknya menyerupai frame, yang memanfaatkan 1
kemampuan lentur dan aksial baja tanpa diagonal bracing dalam mendukung beban (Gambar 1.1b).
(a) Lattice beam (www.metseclatticebeams.com)
(b) Vierendeel beam (www.freelem.com) Gambar 1.1 Balok penyangga atap dan jembatan
Pada perkembangan berikutnya penggunaan profil baja IWF sebagai komponen struktur pendukung beban mulai umum digunakan dan untuk menghemat biaya konstruksi dan memperoleh desain konstruksi yang ekonomis dengan meminimalisasi bahan pada balok profil IWF yang dilakukan dengan menambah tinggi balok melalui pembuatan balok yang dibelah menjadi dua bagian pada badan untuk meningkatkan inersia balok profil, yang dikenal dengan istilah balok castellated. Bentuk-bentuk bukaan pada balok castellated ini yang telah dilakukan pengujian ada beberapa macam baik berupa heksagonal, lingkaran, ellips, dan segi empat yang dapat dilihat pada Gambar 1.2 berikut:
2
(a) Castellated bukaan heksagonal (www.sandmanservice.com)
(c) Castellated bukaan ellips (www.constructalia.com)
(b) Castellated bukaan lingkaran (www.constructalia.com)
(d) Castellated bukaan segi empat (Amelia, 2012 & Oliveira, 2012)
Gambar 1.2 Bentuk-bentuk bukaan balok castellated Balok castellated modifikasi ini dibuat dari balok berpenampang IWF yang dibelah lurus secara simetris sepanjang bentang menjadi dua dengan menggunakan api dan oksigen, kedua bagian profil tersebut disatukan kembali dengan menggunakan profil siku pada daerah tumpuan dan tulangan ulir diameter 22 mm pada daerah bentang balok yang dilas pada badan profil IWF sesuai dimensi yang ditentukan dengan posisi menyilang di kedua sisinya sehingga menghasilkan profil baru yang lebih tinggi dari profil standar. Balok castellated modifikasi yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 1.3 berikut:
Gambar 1.3 Bentuk benda uji balok castellated modifikasi 3
Adapun beberapa kelebihan yang dimiliki balok baja castellated modifikasi dibandingkan dengan balok castellated bukaan heksagonal, bukaan lingkaran, bukaan ellips maupun bukaan heksagonal (Aulia, 2014) adalah: a. Pemotongan badan profil lebih mudah karena dilakukan secara lurus sepanjang bentang. b. Dapat memiliki tinggi yang tidak terbatas, tetapi tentunya juga harus mempertimbangkan kekurangan-kekurangan yang ada pada balok baja castellated modifikasi tersebut. c. Kekakuan pada bagian web dapat diatur sedemikian sehingga hasil yang diharapkan bisa tercapai. d. Terjadinya mekanisme vierendeel dapat diminimalisasi karena tinggi stem balok mencapai 0,5 h. Sedangkan
kelebihan
balok
castellated
modifikasi
komposit
ini
dibandingkan dengan balok castellated komposit lainnya adalah berat beton yang digunakan lebih ringan karena volume beton yang digunakan lebih sedikit dengan adanya lubang bukaan segi empat pada balok. Hal ini tentunya berpengaruh terhadap massa beton yang digunakan pada benda uji lebih ringan. Struktur komposit merupakan suatu struktur yang terdiri dari dua elemen struktur dengan bahan material dan sifat yang berbeda yang bekerja secara bersama-sama membentuk satu kesatuan yang utuh dalam memikul beban sehingga diharapkan kinerja dari struktur komposit tersebut akan lebih maksimal dalam memikul beban. Bangunan dengan struktur baja komposit memiliki kualitas dan efisiensi waktu yang lebih baik dibandingkan dengan struktur beton bertulang. Pembuatan lubang pada balok baja castellated modifikasi tidak akan membuat
modulus
tampang balok
berkurang secara signifikan
namun
permasalahan yang sering muncul akibat adanya lubang pada badan balok adalah terjadinya pengurangan kapasitas lentur balok. Selain itu bukaan juga akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan pada daerah bukaan yang akan memicu terjadinya crack di daerah tersebut dan rentan terjadi tekuk baik lokal maupun lateral.
4
Kombinasi balok baja dengan pengaku arah menyilang menggunakan profil baja siku, dan mortar beton pada penelitian sebelumnya dapat meningkatkan kapasitas balok dalam memikul beban yang bekerja. Pembebanan pada pengujian balok castellated modifikasi komposit tersebut belum tercapai dengan maksimal karena terjadi putus pada batang pengaku tarik sementara profil IWF pada daerah tarik dan desak masih belum mencapai kemampuan layan maksimal sehingga penulis mencoba mengganti pengaku pada bentang dengan menggunakan tulangan baja diameter 22 mm. Bagaimana kekuatan balok castellated modifikasi dengan menggunakan penyambung dari tulangan ulir dan dengan tetap menggunakan tulangan longitudinal diameter 16 mm pada daerah lentur balok, apakah mengalami peningkatan kapasitas yang cukup besar dalam memikul beban dan seberapa besar peningkatan tersebut terjadi, maka untuk selanjutnya perlu dilakukan penelitian terhadap modifikasi bentuk ini.
1.2 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah: a. Untuk mengetahui perilaku lentur balok castellated modifikasi dengan pengaku tulangan baja dan komposit mortar serta tulangan longitudinal yang dibebani secara vertikal. b. Untuk mengetahui pola keruntuhan yang terjadi pada balok castellated modifikasi dengan pengaku tulangan baja dan komposit mortar serta tulangan longitudinal. c. Untuk mengetahui besarnya kapasitas lentur balok dan hubungannya dengan besarnya lendutan yang terjadi pada balok castellated modifikasi dengan pengaku tulangan baja dan komposit mortar serta tulangan longitudinal. Besarnya nilai yang diperoleh pada poin-poin di atas akan dibandingkan dengan penelitian sebelumnya yang membahas tentang balok castellated dengan perkuatan mortar dan tulangan lentur yaitu perilaku lentur balok castellated modifikasi dengan penyambung profil L dan perkuatan tulangan lentur dan komposit mortar (Azwanda, 2014), perilaku lentur balok castellated bentuk
5
bukaan lubang segi empat dengan tulangan sengkang, wire rope dan komposit mortar (Amelia, 2012) dan perilaku lentur balok castellated lubang segi empat dengan tulangan dan komposit mortar (Oliveira, 2012)
1.3 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang masalah, maka ada beberapa hal penting yang perlu dikaji dalam penelitian balok castellated modifikasi dengan pengaku tulangan baja dan komposit mortar serta tulangan longitudinal, yaitu: a. Bagaimana perilaku lentur yang terjadi melalui proses pembebanan statik? b. Bagaimana pola keruntuhannya? c. Berapa beban maksimal yang mampu dipikul balok dan besarnya lendutan yang terjadi?
1.4 Pembatasan Masalah Untuk lebih memfokuskan lingkup penelitian ini maka pembatasan masalah dilakukan yaitu: a. Penelitian menggunakan profil IWF 150x75x5x7 panjang balok 3.023 mm. b. Pengaku pada tumpuan menggunakan profil siku (L) 30x30x3 dan tinggi web dinaikkan menjadi 261 mm dan pengaku pada bentang balok menggunakan tulangan ulir diameter 22 mm. c. Tulangan lentur menggunakan tulangan ulir diameter 16 mm. d. Beton mortar menggunakan perbandingan volume semen : pasir = 1 : 1,5 dengan nilai fas 0,4. e. Dimensi balok yang digunakan untuk penelitian berukuran 275 mm x 75 mm dengan panjang total 3.023 mm f. Jumlah benda uji untuk pengujian adalah sebanyak satu buah, yang nantinya hasilnya akan dibandingkan dengan penelitian-penelitian sebelumnya yakni balok castellated modifikasi dengan penyambung profil L dan perkuatan tulangan lentur dan komposit mortar (Azwanda, 2014), balok castellated bentuk bukaan lubang segi empat dengan tulangan sengkang, wire rope dan
6
komposit mortar (Amelia, 2012) dan balok castellated lubang segi empat dengan tulangan dan komposit mortar (Oliveira, 2012) g. Kapasitas beban hasil pengujian akan dibandingkan dengan perhitungan analisis penampang, metode layers, program Response 2000 dan Abaqus 6.7-1
1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah untuk mengoptimalkan sistem balok castellated modifikasi dengan pengaku tulangan baja dan komposit mortar serta tulangan longitudinal yang dapat dijadikan acuan dan membantu dalam pengaplikasian struktur balok composite di lapangan.
1.6 Keaslian Penelitian Beberapa penelitian yang dilakukan mengenai struktur balok baja castellated modifikasi komposit antara lain: “Pengaruh rasio tinggi dan tebal badan balok castella pada kapasitas lentur” (Apriyatno, 2000), “Perilaku Lentur Balok Castellated Bentuk Bukaan Lubang Segi Empat dengan Tulangan Sengkang, Wire Rope dan Komposit Mortar” (Amelia, 2012), “Perilaku Lentur Balok Castellated Bentuk Lubang Segi Empat dengan Tulangan dan Komposit Mortar” (Oliveira, 2012), “Perilaku Lentur Balok Castellated Modifikasi dengan Penyambung Profil Siku dan Komposit Mortar” (Aulia, 2014), serta “Perilaku Lentur Balok Castellated Modifikasi dengan Penyambung Profil Siku dan Perkuatan Tulangan Komposit Mortar” (Azwanda, 2014). Sepanjang pengetahuan penulis dan berdasarkan studi literatur yang telah dilakukan, maka penelitian dengan topik balok castellated modifikasi dengan pengaku tulangan baja dan komposit mortar serta tulangan longitudinal belum pernah dilakukan sehingga penelitian ini masih terjamin keasliannya.
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA